UUID

UUID (англ. universally unique identifier «всемирно уникальный идентификатор») — стандарт идентификации, используемый в создании программного обеспечения, стандартизированный Open Software Foundation (OSF) как часть DCE — среды распределённых вычислений. Основное назначение UUID — это позволить распределённым системам уникально идентифицировать информацию без центра координации. Таким образом, любой может создать UUID и использовать его для идентификации чего-либо с приемлемым уровнем уверенности, что данный идентификатор непреднамеренно никогда не будет использован для чего-то ещё. Поэтому информация, помеченная с помощью UUID, может быть помещена позже в общую базу данных без необходимости разрешения конфликта имен. Наиболее распространённым использованием данного стандарта является Globally Unique Identifier (GUID) фирмы Microsoft. Другими значительными пользователями являются Linux (файловая система ext2/ext3, шифрованные разделы LUKS, GNOME, KDE) и Mac OS X — все они применяют реализацию, полученную из библиотеки uuid, находящейся в пакете e2fsprogs.

Стандарты

UUID задокументирован как часть ISO/IEC 11578:1996 «Information technology — Open Systems Interconnection — Remote Procedure Call (RPC)» и позже в ITU-T Rec. X.667 | ISO/IEC 9834-8:2008. IETF опубликовала предлагаемый стандарт RFC 4122, который технически идентичен ITU-T Rec. X.667 | ISO/IEC 9834-8.

Формат

UUID представляет собой 16-байтный (128-битный) номер. В каноническом представлении UUID изображают в виде числа в шестнадцатеричной системе счисления, разделённого дефисами на пять групп в формате 8-4-4-4-12. Такое представление занимает 36 символов:

123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

4 бита M обозначают версию («version») UUID, а 1-3 старших бита N обозначают вариант («variant») UUID.

Такое разделение на группы основано на структуре UUID:

Структура UUID

Название поля	Длина (в байтах)	Длина (число 16-ричных цифр)	Содержимое
time_low	4	8	целое число, обозначающее младшие 32 бита времени
time_mid	2	4	целое число, обозначающее средние 16 бит времени
time_hi_and_version	2	4	4 старших бита обозначают версию UUID, младшие биты обозначают старшие 12 бит времени
clock_seq_hi_and_res clock_seq_low	2	4	1-3 старших бита обозначают вариант UUID, остальные 13-15 бит обозначают clock sequence
node	6	12	48-битный идентификатор узла

Эти поля соответствуют версиям UUID 1 и 2, которые генерируются на базе времени, но представление 8-4-4-4-12 используется для любых версий UUID.

RFC 4122 также определяет пространство имён URN для UUID:

urn:uuid:123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

Microsoft GUID иногда используется с фигурными скобками:

{123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000}

Общее количество уникальных ключей UUID (без учёта версий) составляет 2¹²⁸ = 256¹⁶ или около 3,4 × 10³⁸. Это означает, что генерируя 1 триллион ключей каждую наносекунду, перебрать все возможные значения удастся лишь за 10 миллиардов лет.

UUID со специальным идентификатором может быть преднамеренно использован повторно, для идентификации той же самой сущности в различных контекстах. Например, в Microsoft Component Object Model каждый компонент должен поддерживать стандартный интерфейс «IUnknown». Для этого создан UUID, представляющий «IUnknown». Во всех случаях, когда используется «IUnknown» — при доступе процессов к интерфейсу «IUnknown» в компоненте, или же для реализации поддержки интерфейса «IUnknown» самим компонентом, — всегда происходит отсылка к одному и тому же идентификатору: 00000000-0000-0000-C000-000000000046.

Кодирование

Бинарное представление UUID различается на разных системах.

Большинство систем кодирует UUID полностью в big-endian. Например, 00112233-4455-6677-8899-aabbccddeeff кодируется в байты 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 aa bb cc dd ee ff.

Некоторые системы, например маршалинг в Microsoft COM/OLE libraries, используют mixed-endian, где первые три компонента UUID закодированы как little-endian, а последние два - как big-endian. Например, 00112233-4455-6677-8899-aabbccddeeff в таком случае кодируется как 33 22 11 00 55 44 77 66 88 99 aa bb cc dd ee ff.

Варианты

По историческим причинам UUID имеет несколько вариантов, обозначаемых одним, двумя или тремя битами.

Вариант 0

Один из вариантов, определенных в RFC 4122, вариант 0 (обозначается одним битом 0xxx₂, N = 0..7), присутствует ради обратной совместимости с устаревшим форматом UUID Apollo Network Computing System 1.5, разработанным примерно в 1988 году. В этом формате первые 6 октетов UUID представляют собой 48-битную метку времени (количество единиц времени в 4 микросекунды, прошедших с 1 января 1980 года UTC); следующие 2 октета зарезервированы; следующий октет — это «address family»; последние 7 октетов являются 56-битным идентификатором хоста в форме, определенной address family. Несмотря на различие в деталях, можно видеть сходство с современным UUID версии 1. Биты варианта в текущей спецификации UUID совпадают с старшими битами октета семейства адресов в UUID NCS. Хотя семейство адресов может содержать значения в диапазоне 0..255, были определены только значения 0..13. Таким образом, обозначение варианта 0 как 0xxx позволяет избежать конфликтов с историческими UUID NCS, если они всё ещё существуют в базах данных.

Варианты 1 и 2

Эти варианты используются в текущих спецификациях UUID. Вариант 1 (обозначается двумя битами 10xx₂ N = 8..b) является основным и описан в RFC 4122. Вариант 2 (обозначается тремя битами 110x₂ N = c..d) описан в RFC как зарезервированный для обратной совместимости с ранними GUID из Microsoft Windows.

Помимо битов, обозначающих вариант, во всём остальном эти два варианта UUID одинаковы, за исключением того, что при кодировании в бинарную форму для хранения или передачи UUID варианта 1 используют сетевой порядок байтов (big-endian), а GUID варианта 2 используют «нативный» (little-endian) порядок байтов. В каноническом текстовом представлении варианты 1 и 2 одинаковы, за исключением битов вариантов.

Хотя некоторые важные идентификаторы GUID, такие как идентификатор интерфейса IUnknown для COM, являются UUID варианта 2, многие идентификаторы, созданные и используемые в ПО Microsoft Windows и называемые «GUID», по факту являются стандартными UUID варианта 1 с сетевым порядком байтов. Текущая версия утилиты Microsoft guidgen создает стандартные UUID варианта 1. В некоторой документации Microsoft говорится, что «GUID» является синонимом «UUID», как это стандартизировано в RFC 4122. Сам RFC 4122 утверждает, что UUID также известны как GUID («are also known as GUIDs»). Все это говорит о том, что «GUID», хоть и был изначально отдельным вариантом UUID, используемым в Microsoft, сейчас стал просто альтернативным названием для стандартного UUID.

Вариант 3

В RFC 4122 вариант 111x₂ (N = e..f) зарезервирован для использования в будущем.

Версии

В стандарте определены пять версий («version») UUID, каждая из которых может подходить лучше или хуже в определённых ситуациях.

Nil UUID

Особый случай, в котором все биты UUID выставлены в ноль: 00000000-0000-0000-0000-000000000000.

Версия 1 (время и MAC-адрес)

Версия 1 включает в себя 48-битный MAC-адрес узла («node»), на котором сгенерирован UUID, и 60-битную метку времени (timestamp), которая обозначает число 100-наносекундных интервалов, прошедших с полуночи 15 октября 1582 года по UTC — даты начала применения григорианского календаря. RFC 4122 указывает максимально возможное время около 3400 года н. э., и это означает, что 60-битная метка времени является знаковой. Однако некоторые программы, например библиотека libuuid, считают timestamp беззнаковым, и для них максимальным временем является примерно 5236 год н. э.

13- или 14-битный clock sequence дополняет метку времени в случаях, когда системные часы обновляются недостаточно быстро, или на многопроцессорных системах. В таких случаях метка времени у разных UUID может оказаться одинаковой. Чтобы избежать генерации одинаковых UUID, используют clock sequence, который обновляется каждый раз при создании нового UUID и который будет разным у разных UUID даже при совпадении меток времени. Поскольку UUID версии 1 соответствует одной точке в пространстве (узел) и времени (метка времени и clock sequence), вероятность совпадения двух правильно сгенерированных UUID практически равна нулю. Поскольку метка времени и clock sequence вместе составляют 74 бита, всего может быть сгенерировано 2⁷⁴ (1.8⋅10²², или 18 секстиллионов) уникальных UUID версии 1 на одном узле с максимальной средней скоростью 163 миллиарда UUID в секунду.

В отличие от других версий UUID, уникальность UUID версий 1 и 2, основанных на MAC-адресах сетевых карт, частично зависит от идентификатора, выданного центральным регистрирующим органом, а именно от части уникального идентификатора организации (OUI) MAC-адреса, который выдаётся в IEEE производителям сетевого оборудования. Уникальность также зависит от правильного назначения уникальных MAC-адресов сетевых карт производителями, что, как и другие производственные процессы, подвержено ошибкам.

Использование MAC-адреса означает, что всегда можно отследить компьютер, который создал UUID. Иногда возможно найти компьютер, на котором был создан или отредактирован какой-либо документ, если используемый текстовый процессор встроил UUID в файл. Эта дыра в конфиденциальности использовалась для поиска автора вируса Melissa.

Версия 2 (время, MAC-адрес и DCE security version)

RFC 4122 резервирует версию 2 «DCE security», но не предоставляет никаких подробностей о ней. По этой причине во многих реализациях UUID версия 2 отсутствует. Однако описание UUID версии 2 есть в спецификации DCE 1.1 Authentication and Security Services.

Версия 2 похожа на версию 1, но младшие 8 бит clock sequence заменены на номер «локального домена» («local domain» number), а младшие 32 бита метки времени (timestamp) заменены целочисленным идентификатором, значимым в пределах указанного локального домена.

Возможность включить 40-битный домен/идентификатор является компромиссом. С одной стороны, 40 битов допускают около 1 триллиона значений доменов/идентификаторов для одного узла. С другой стороны, с урезанным значением метки времени до 28 старших значащих бит по сравнению с 60 битами в версии 1 время в UUID версии 2 будет «тикать» лишь раз в 429,49 секунды (чуть больше 7 минут) в отличие от 100 наносекунд в версии 1. И с шестибитным clock sequence, в отличие от 14 бит в версии 1, могут быть сгенерированы лишь 64 уникальных UUID для одного узла/домена/идентификатора в течение этих 7 минут. Таким образом UUID версии 2 не подходит, если требуется генерировать UUID чаще чем раз в 7 минут.

Версии 3 и 5

UUID версий 3 и 5 образуются путём хеширования идентификатора пространства имён и имени. Версия 3 использует алгоритм хеширования MD5, версия 5 — SHA-1.

Спецификация предоставляет UUID для представления пространств имён URL, FQDN, OID и отличительных имён X.500, но любой желаемый UUID может использоваться в качестве идентификатора пространства имен.

Для вычисления UUID версии 3, соответствующего данному пространству имен и имени, UUID пространства имен преобразуется в байтовую, конкатенируется с именем и хешируется алгоритмом MD5, что дает 128 битов. Затем 6 или 7 битов заменяются фиксированными значениями: 4-битной версией (например, 0011₂ для версии 3) и 2- или 3-битным вариантом («variant») UUID (например, 10₂, обозначающим RFC 4122 UUID, или 110₂, обозначающим legacy Microsoft GUID). Поскольку 6 или 7 битов таким образом предопределены, лишь 121 или 122 бита вносят вклад в уникальность UUID.

UUID версии 5 похож, но использует SHA-1 вместо MD5. Так как SHA-1 даёт 160-битный хеш, он предварительно обрезается до 128 бит.

Суть UUID версий 3 и 5 в том, что одна и та же пара из пространства имён и имени будет отображаться в один и тот же UUID. При этом ни пространство имён, ни имя не могут быть обратно получены из UUID, кроме как методом перебора.

RFC 4122 рекомендует использовать версию 5 вместо версии 3 и не рекомендует использовать ни одну из этих версий в качестве учетных данных для безопасности.

Версия 4 (случайный)

UUID версии 4 генерируется случайным образом. Как и в других версиях UUID, 4 бита используются для указания версии, 2 или 3 бита указывают на вариант. Так что для варианта 1 (который используется большинством UUID) на случайно сгенерированную часть приходится 122 бита, что даёт 2¹²², или 5,3⋅10³⁶ (5,3 ундециллиона) возможных вариантов UUID версии 4 варианта 1. UUID версии 4 варианта 2 имеет вдвое меньше возможных вариантов, так как ещё один бит используется для обозначения варианта.

Версия 7 (UUIDv7)

Седьмая версия UUID (Universally Unique Identifier Version 7, UUID Version 7, UUIDv7) является модифицированной и стандартизованной версией ULID. Проект стандарта находится в ожидании окончательной проверки редактором. Имеется обзор проекта стандарта на русском языке. Уже есть большое количество реализаций UUIDv7, применяемых в действующих информационных системах. Реализации легко найти по ключевому слову UUIDv7.

Ссылки

• RFC 4122 — A Universally Unique IDentifier (UUID) URN Namespace
• Global UUID registration function at ITU-T
• Устройство и криптоанализ UUID-генератора в ОС Windows