Khám Phá UUID: Khái Niệm và Ứng Dụng của Mã Định Danh Độc Nhất Toàn Cầu

Trong thời đại số hiện nay, việc xác định thông tin một cách duy nhất là rất quan trọng trong nhiều ứng dụng và hệ thống. UUID (Universally Unique Identifier) hay mã định danh độc nhất toàn cầu, đã ra đời như một giải pháp mạnh mẽ cho bài toán này, đảm bảo tính duy nhất của mỗi mã định danh, giúp giảm thiểu nguy cơ xung đột.

UUID Là Gì?

UUID là một nhãn dài 128 bit, được sử dụng trong các hệ thống máy tính để xác định thông tin một cách duy nhất. Được thiết kế để đảm bảo tính duy nhất về mặt không gian và thời gian, UUID cho phép chúng được tạo ra độc lập mà không cần sự can thiệp của bất kỳ cơ quan trung tâm nào.

Mục Đích Sử Dụng

UUID được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

• Xác định bản ghi trong cơ sở dữ liệu: Đảm bảo mỗi bản ghi trong cơ sở dữ liệu có mã định danh duy nhất.
• Gắn thẻ các đối tượng trong hệ thống phân tán: Hỗ trợ việc nhận dạng và quản lý các đối tượng trong một mạng lưới các dịch vụ phân tán.
• Làm khóa chính trong các ứng dụng: Cung cấp mã định danh cần thiết cho các ứng dụng mà tính duy nhất là cực kỳ quan trọng.

Ứng Dụng Thực Tế Của UUID

UUID được sử dụng rộng rãi trong nhiều tình huống khác nhau, chẳng hạn như:

• Trong cơ sở dữ liệu: UUID thường được chọn làm khóa chính, giúp xác định duy nhất các bản ghi mà không xảy ra xung đột.
• Trong hệ thống microservices: UUID cung cấp mã định danh duy nhất cho mỗi yêu cầu và tài nguyên, giúp việc giao tiếp giữa các dịch vụ trở nên dễ dàng hơn.
• Trong thiết bị IoT: UUID giúp nhận diện duy nhất từng thiết bị trong mạng, đem lại khả năng tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn mà không xung đột.

Ưu Điểm và Nhược Điểm Khi Sử Dụng UUID

Ưu Điểm

• Tính duy nhất toàn cầu: UUID khó xảy ra xung đột, rất phù hợp với các hệ thống phân tán.
• Không cần cơ quan trung tâm: UUID có thể được tạo ra mà không cần phối hợp, giúp tối ưu hóa hoạt động trong môi trường phân tán.
• Khả năng mở rộng: UUID làm việc hiệu quả trong các hệ thống yêu cầu khả năng mở rộng lớn.

Nhược Điểm

• Kích thước lưu trữ: UUID chiếm nhiều dung lượng lưu trữ hơn (128 bit) so với các ID số nguyên truyền thống (thường là 32 bit).
• Vấn đề hiệu suất: Việc lập chỉ mục UUID có thể làm giảm hiệu suất của cơ sở dữ liệu, dẫn đến truy vấn chậm hơn.
• Khó nhớ đối với người dùng: UUID không dễ nhớ và không thân thiện trong việc sử dụng với người dùng.

Tiêu Chuẩn UUID

UUID được định dạng gồm 32 ký tự thập lục phân chia thành năm nhóm, được ngăn cách bởi dấu gạch ngang theo định dạng 8-4-4-4-12, tổng cộng tạo thành 36 ký tự (32 chữ số và chữ cái cộng 4 dấu gạch ngang). Cụ thể, định dạng UUID có thể được biểu diễn như sau:

xxxxxxxx-xxxx-Mxxx-Nxxx-xxxxxxxxxxxx

Trong đó:

• M cho biết phiên bản UUID.
• N cho biết biến thể, giúp xác định bố cục của UUID.

Các Thành Phần của UUID

UUID bao gồm nhiều thành phần khác nhau, cụ thể:

• TimeLow: 4 byte, đại diện cho trường thấp của dấu thời gian.
• TimeMid: 2 byte, đại diện cho trường giữa của dấu thời gian.
• TimeHighAndVersion: 2 byte, bao gồm số phiên bản và trường cao của dấu thời gian.
• ClockSequence: 2 byte, giúp tránh xung đột khi tạo nhiều UUID liên tiếp hoặc khi đồng hồ hệ thống thay đổi.
• Node: 6 byte, thường đại diện cho địa chỉ MAC của nút tạo UUID.

Các Loại UUID

UUID có nhiều phiên bản khác nhau:

• Phiên bản 1: Dựa trên thời gian và địa chỉ MAC của nút, đảm bảo tính duy nhất cả về không gian lẫn thời gian.
• Phiên bản 2: Tương tự như phiên bản 1 nhưng bao gồm mã định danh miền cục bộ, ít được sử dụng hơn do các hạn chế.
• Phiên bản 3: Dựa trên tên, được tạo bằng cách sử dụng hàm băm MD5.
• Phiên bản 4: UUID được tạo hoàn toàn ngẫu nhiên, đem lại tính duy nhất và ngẫu nhiên cao.
• Phiên bản 5: Giống như phiên bản 3 nhưng sử dụng SHA-1, làm cho nó an toàn hơn.

Các Biến Thể

Trường biến thể trong UUID xác định cách hiểu và bố cục của UUID, với các biến thể như sau:

• Biến thể 0: Dành cho khả năng tương thích ngược NCS.
• Biến thể 1: Bố cục tiêu chuẩn cho hầu hết các UUID.
• Biến thể 2: Được sử dụng cho DCE Security UUID, ít phổ biến hơn.
• Biến thể 3: Dành riêng cho các định nghĩa trong tương lai.

Cách Tính Toán UUID

1. Phiên Bản 1 (Dựa Trên Thời Gian)

• Dấu thời gian là số khoảng thời gian tính bằng nanogian từ ngày 15 tháng 10 năm 1582.
• Địa chỉ MAC được sử dụng cho nút tạo UUID.
• Chuỗi đồng hồ cần thiết để đảm bảo tính duy nhất khi thời gian đồng hồ thay đổi.

2. Phiên Bản 3 và Phiên Bản 5 (Dựa Trên Tên)

• Không gian tên và tên được kết hợp và băm với chức năng tương ứng (MD5 cho phiên bản 3, SHA-1 cho phiên bản 5).

3. Phiên Bản 4 (Dựa Trên Ngẫu Nhiên)

• Các bit ngẫu nhiên được tạo ra để hình thành 122 bit của UUID, với các trường phiên bản và biến thể được thiết lập theo tiêu chuẩn.

Ví Dụ về Tính Toán UUID Version 4

Giả sử chúng ta bắt đầu với 128 bit ngẫu nhiên:

11001100110101101101010101111010101110110110111001011101010110110101111011010011011110100100101111001011

Bước 1: Thay Đổi Phiên Bản và Biến Thể

1. Phiên bản: Thay thế bit 12-15 (ký tự thứ 4) bằng 0100 cho UUID phiên bản 4.
2. Biến thể: Thay thế bit 6-7 của byte thứ 9 bằng 10.

Bước 2: Định Dạng Thành Thập Lục Phân

Chuyển đổi nhị phân thành 5 nhóm thập lục phân.

Bước 3: Kết Hợp Các Nhóm Thành UUID Cuối Cùng

UUID cuối cùng sẽ được tạo ra và giống như sau:

ccda55ba-b76e-4545-adf2-d39d25cb

Hy vọng qua bài viết này, bạn đọc sẽ có cái nhìn rõ ràng và sâu sắc hơn về UUID và những ứng dụng đáng chú ý của nó trong thế giới số.

source: viblo