通用唯一识别码

2018-09-11 08:55:44 所属分类：形式方法

通用唯一识别码（英语：Universally Unique Identifier，简称UUID）是一种软件建构的标准，亦为开放软件基金会组织在分布式计算环境领域的一部分。

UUID的目的是让分布式系统中的所有元素都能有唯一的辨识信息，而不需要透过中央控制端来做辨识信息的指定。如此一来，每个人都可以创建不与其它人冲突的UUID。在这样的情况下，就不需考虑数据库创建时的名称重复问题。目前应用最广泛的UUID是微软公司的全局唯一标识符（GUID），而其他重要的应用，则有Linux ext2/ext3文件系统、LUKS加密分区、GNOME、KDE、macOS等。另外，也可以在e2fsprogs包中的UUID库找到实现。

定义

UUID是由一组32位数的16进制数字所构成，是故UUID理论上的总数为16³²=2¹²⁸，约等于3.4 x 10³⁸。也就是说若每纳秒产生1兆个UUID，要花100亿年才会将所有UUID用完。

UUID的标准型式包含32个16进制数字，以连字号分为五段，形式为8-4-4-4-12的32个字符。示例：

550e8400-e29b-41d4-a716-446655440000

UUID亦可刻意重复以表示同类。例如说微软的COM中，所有组件皆必须实现出IUnknown接口，方法是产生一个代表IUnknown的UUID。无论是程序试图访问组件中的IUnknown接口，或是实现IUnknown接口的组件，只要IUnknown一被使用，皆会被参考至同一个ID：00000000-0000-0000-C000-000000000046。

格式

在规范字符串格式中，UUID 的十六个八位字节被表示为 32个十六进制（基数16）数字，以连字号分隔的五组来显示，形式为 8-4-4-4-12，总共有 36个字符（即三十二个英数字母和四个连字号）。例如：

123e4567-e89b-12d3-a456-426655440000

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

数字 M的四位表示 UUID版本，数字 N的一至三个最高有效位表示 UUID变体。在例子中，M是 1 而且 N 是 a(10xx)，这意味着 UUID是变体一版本 UUID；即基于时间的 DCE/RFC 4122 UUID。

规范的 8-4-4-4-12 字符串格式基于 16个字节的 UUID“记录布局”：

UUID record layout
Name	Length (bytes)	Length (hex digits)	Contents
time_low	4	8	integer giving the low 32 bits of the time
time_mid	2	4	integer giving the middle 16 bits of the time
time_hi_and_version	2	4	4-bit "version" in the most significant bits, followed by the high 12 bits of the time
clock_seq_hi_and_res clock_seq_low	2	4	1-3 bit "variant" in the most significant bits, followed by the 13-15 bit clock sequence
node	6	12	the 48-bit node id

这些字段与版本一和二中基于时间的 UUID相对应，但所有 UUID都使用相同的 8-4-4-4-12表示法，即使对于构造不同的 UUID也是如此。

Microsoft GUID有时用周围的大括号表示：

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

这种格式不应与“Windows登录表”相混淆，该格式引用大括号内的格式。

RFC 4122为 UUID 定义了统一资源名称（URN）名称空间。呈现为 URN的 UUID显示如下：

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

随机UUID的重复机率

随机产生的UUID（例如说由java.util.UUID类别产生的）的128个比特中，有122个比特是随机产生，4个比特在此版本（'Randomly generated UUID'）被使用，还有2个在其变体（'Leach-Salz'）中被使用。利用生日悖论，可计算出两笔UUID拥有相同值的机率约为

{displaystyle p(n)approx 1-e^{-n^{2}/{2cdot x}}}

以下是以x=2¹²²计算出n笔UUID后产生碰撞的机率：

n	机率
68,719,476,736 = 2³⁶	0.0000000000000004 (4 x 10^-16)
2,199,023,255,552 = 2⁴¹	0.0000000000004 (4 x 10^-13)
70,368,744,177,664 = 2⁴⁶	0.0000000004 (4 x 10^-10)

与被陨石击中的机率比较的话，已知一个人每年被陨石击中的机率估计为170亿分之1^[1]，也就是说机率大约是0.00000000006 (6 x 10^-11)，等同于在一年内置立数十兆笔UUID并发生一次重复。换句话说，每秒产生10亿笔UUID，100年后只产生一次重复的机率是50%。如果地球上每个人都各有6亿笔UUID，发生一次重复的机率是50%。

产生重复UUID并造成错误的情况非常低，是故大可不必考虑此问题。

机率也与随机数产生器的质量有关。若要避免重复机率提高，必须要使用基于密码学上的假随机数产生器来生成值才行。