ULID, l'alternative aux UUID pour une meilleure gestion des données

Dans le monde des bases de données distribuées, la génération d'identifiants uniques est une problématique incontournable. Il existe de nombreuses solutions pour faire face à ce défi, dont les UUID (Universal Unique Identifier) qui sont largement utilisés. Cependant, l'ULID (Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier) est une alternative intéressante et innovante. Dans cet article, nous aborderons les différences entre ULID et UUID v4 ou v7, les avantages de l'ULID dans les systèmes distribués, son implémentation en PHP et Javascript ainsi que sa sécurité et fiabilité.

L'évolution de l'ULID à la Lumière des Limitations des UUID

Bien que les Universal Unique Identifiers (UUID) aient longtemps été un standard pour la génération d'identifiants uniques, plusieurs limitations ont été identifiées dans différents contextes d'utilisation. Ces limitations ont ouvert la voie à l'émergence de solutions alternatives telles que l'Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier (ULID). Examinons de plus près certaines des contraintes inhérentes aux UUID qui ont stimulé le développement de l'ULID :

1. Efficacité de l'Encodage Caractère :

Les UUID, bien que robustes, ne sont pas la manière la plus efficiente d'encoder 128 bits de données aléatoires. La représentation hexadécimale des UUID nécessite 36 caractères, ce qui peut être excessif dans des environnements où l'efficacité de stockage est cruciale.

2. Contraintes de UUID v1/v2 :

Les versions v1/v2 des UUID exigent l'accès à une adresse MAC unique et stable, ce qui peut être impraticable dans de nombreux environnements distribués.

3. Problèmes de Fragmentation :

Les versions v3/v5 produisent des identifiants distribués de manière aléatoire, pouvant entraîner des problèmes de fragmentation dans diverses structures de données.

4. UUID v4 :

La version v4 des UUID fournit uniquement des informations aléatoires sans autre contexte, ce qui peut causer des problèmes similaires de fragmentation dans certaines structures de données.

4. UUID v7 :

La version 7 des UUID, apporte des améliorations en introduisant un élément d'horodatage, contrairement à la version 4 qui est entièrement basée sur la génération aléatoire. ien que l'ajout d'horodatage améliore la séquentialité des UUID v7, il peut encore subsister des problèmes de fragmentation dans certaines structures de données, notamment lors de l'insertion simultanée de données générées au même instant.

Face à ces défis, l'ULID a été proposé comme une alternative qui surmonte ces limitations de manière élégante, en offrant une solution caractérisée par :

• Compatibilité 128 bits avec UUID : L'ULID conserve la compatibilité avec la taille de 128 bits des UUID.
• Performance élevée : L'ULID peut générer 1.21e+24 identifiants uniques par milliseconde, répondant ainsi aux besoins des environnements distribués.
• Tri lexicographique : Les ULID sont lexicographiquement triables, simplifiant les opérations de tri dans les bases de données distribuées.
• Efficacité de l'Encodage : La représentation canonique de l'ULID nécessite seulement 26 caractères, améliorant l'efficacité de stockage par rapport aux UUID.
• Base32 de Crockford : L'ULID utilise l'alphabet Base32 de Crockford, éliminant les caractères ambigus (I, L, O, et U) et améliorant la lisibilité.
• Monotonicité : L'ULID garantit un ordre de tri monotone, permettant de détecter et de gérer correctement les identifiants générés au même millisecond.

Comparaison entre ULID et UUID v4 ou v7

Comme évoqué ci-dessus, les UUID sont imposants avec 128 bits et leur représentation héxadécimale compte 36 caractères. Les versions v4 et v7 sont souvent privilégiées. La version v4 repose sur la génération aléatoire tandis que la version v7 intègre également un horodatage pour faciliter leur tri.

L'ULID, quant à lui, tire parti des avantages des deux versions d'UUID susmentionnées. Sa structure est composée de 128 bits encodés sous la forme d'une chaîne de 26 caractères en base 62. Il inclut lui aussi un horodatage (en millisecondes) sur les 48 premiers bits. La partie restante de 80 bits est toutefois générée de manière aléatoire, comme pour les UUID v4.

Avantages en termes de tri et de stockage

La principale différence entre l'ULID et les UUID réside dans leur facilité de tri. Les ULID sont « lexicographiquement triables », ce qui signifie qu'ils peuvent être comparés sur la base de leurs valeurs brutes, sans tenir compte de l'encodage ou du décalage temporel.

Cela présente des avantages non négligeables en terme de performance pour les bases de données distribuées, notamment lors de requêtes sur des jeux de données volumineux. De plus, contrairement à certains UUID, l'ULID ne souffre pas de problèmes d'espace de stockage ou d'indexation grâce à sa taille réduite de 26 caractères.

Implémentation de l'ULID en PHP et Javascript

L'ULID a été conçu dans un esprit de simplicité et de portabilité, ce qui facilite grandement son implémentation. Ainsi, que vous travailliez en PHP ou en JavaScript, il existe des solutions pour générer et manipuler des ULID facilement.

Génération d'un ULID en PHP

En PHP, il est possible d'utiliser la bibliothèque PHP Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier (ULID) créé par Leonardo Di Sarli. Voici un exemple simple d'utilisation pour générer un ULID, une fois la librairie installée via Composer ou appelée via un autoload :

use Ulid\Ulid;
$ulid = new Ulid();
$ulidNow = $ulid->generate();
echo $ulidNow;

L'exemple ci-dessus générera un ULID unique à chaque exécution mais la libraire permet également, à partir d'un ULID, de retrouver la date ou le timestamp encodé à l'intérieur. Exemple pour le timestamp :

use Ulid\Ulid;
$ulid = new Ulid();
$timeStampFromUlid = $ulid->getTimeFromUlid('01E48SD97BMWHAW82D229T0C7K');
echo $timeStampFromUlid;

Génération d'un ULID en JavaScript

Pour Javascript, la bibliothèque Javascript ULID est à privilégier et peut être installée via npm ou yarn. Une fois la dépendance ajoutée, l'ULID peut être généré de la manière suivante :

const ULID = require('ulid')
ULID.ulid()

Sécurité et fiabilité de l'ULID

L'un des aspects cruciaux de l'utilisation d'identifiants unique est leur résistance aux collisions, c'est-à-dire la probabilité que deux identifiants soient identiques. Grâce à sa structure mêlant horodatage et génération aléatoire, les ULID offrent une excellente résistance aux collisions.

En effet, pour qu'il y ait collision, il faudrait non seulement que deux ULID soient générés exactement au même moment, mais aussi que leurs 80 bits aléatoires soient identiques. Cette probabilité est extrêmement faible, rendant ainsi l'ULID très sécurisé.

Outre la question des collisions, l'encodage en base 62 offre également un niveau élevé de protection contre les attaques par force brute.

Cas d'utilisation et perspectives futures de l'ULID

L'ULID est particulièrement adapté aux systèmes distribués et aux bases de données NoSQL telles que Cassandra ou MongoDB. En raison de sa facilité de tri, il est également intéressant pour les services orientés événements tels que Kafka ou les solutions de streaming en temps réel.

Potentiels Secteurs d'Application et Cas d'Usage de l'ULID

Aussi, l'ULID trouve une pertinence particulière dans divers secteurs et offre des solutions adaptées à des cas d'utilisation spécifiques. Voici quelques domaines où l'ULID pourrait être avantageusement déployé, accompagnés de scénarios concrets :

• Systèmes de messagerie instantanée et réseaux sociaux : Attribution d'identifiants uniques aux messages pour garantir l'ordre chronologique et faciliter la gestion des conversations.
• IOT (Internet des objets) : Identification unique des dispositifs connectés, assurant ainsi la traçabilité et la gestion efficace des données générées par les capteurs.
• Stockage et analyse de données en temps réel : Utilisation d'ULID pour indexer les données en temps réel, permettant une récupération rapide et une analyse en continu des flux de données.
• Solutions Big Data et traitement de flux massifs d'événements : Utilisation d'ULID pour identifier de manière unique chaque événement dans des environnements à fort volume de données, facilitant ainsi la gestion et l'analyse des flux massifs.

L'ULID, une Évolution Remarquable dans le Monde de l'Identification Unique

En conclusion, l'Universally Unique Lexicographically Sortable Identifier (ULID) se positionne comme une alternative prometteuse aux Universal Unique Identifiers (UUID), apportant des avantages significatifs dans le domaine de la gestion d'identifiants uniques, notamment dans les bases de données distribuées.

À l'instar de l'évolution du format JSON qui a su s'imposer dans les différents langages de programmation, l'ULID trace son propre chemin. Sa structure alliant horodatage et génération aléatoire rappelle le succès initial du JSON en fournissant une solution simple et efficace, mais cette fois-ci pour les besoins spécifiques de l'identification unique.

Il est intéressant de noter que des frameworks renommés tels que Symfony et Laravel ont reconnu les avantages de l'ULID et ont intégré la possibilité de l'utiliser dans leurs Object-Relational Mapping (ORM). Cette inclusion dans des frameworks établis témoigne de la montée en puissance de l'ULID en tant que choix viable pour les développeurs, offrant une alternative à UUID v4 ou UUID v7.

En adoptant l'ULID, les développeurs peuvent bénéficier d'une réduction de la surcharge d'informations en base tout en tirant parti des avantages combinés de deux systèmes en une seule fonction. Cette approche évolutive, combinée à la simplicité d'implémentation et aux performances optimisées, fait de l'ULID une solution de choix pour les projets orientés vers la distribution, les bases de données NoSQL, et les applications nécessitant une identification unique efficace.

Ainsi, à mesure que l'ULID gagne en popularité, son impact sur la gestion des données dans les applications distribuées continue de croître, ouvrant de nouvelles perspectives pour une identification unique robuste et performante. Retrouvez toutes les spécifications techniques du l'ULID sur la page du projet.