ID生成器
生成19位的Long ID、22位的短UUID、卡号、短卡号、带校验码卡号、激活码、付款码、数据加密、手机号加密、带失效时间的数字加密。生成器是分布式，支持多负载，无需数据库、redis或者zk作为ID分配的key。ID分配无需RPC调用，基于本地内存计算，结构简单，可靠性和性能比较高，每秒可以分配几十万的ID。
Features
1、19位Long类型的ID
1.1 说明
ID固定为19位，64bit。 可用于各种业务系统的ID生成。格式为：”1053669091396554764“，
+=============================================
| 42bit 毫秒时间戳 | 10bit机器编号 | 12bit序号 |
+=============================================
- 42 bit的毫秒时间戳支持68年
- 12 bit序号支持4096个序号
- 10 bit机器编号支持1024台负载
即ID生成最大支持1024台负载，每台负载每毫秒可以生成4096个ID，这样每台负载每秒可以产生40万ID。
生成器代码LongIdGenerator
详细示例代码：LongIdGeneratorTest
1.2 生成ID
private final LongIdGenerator generator = new LongIdGenerator(1L);
@Test
public void generateId() {
Long id = generator.generate();
Assert.assertEquals(19, String.valueOf(id).length());
}
1.3 ID逆向
支持从ID解析出时间、机器和序号等信息
@Test
public void parse() {
Long id = generator.generate();
Long[] results = generator.parse(id);
long timestamp = results[0];
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(timestamp), ZoneId.systemDefault());
System.out.println("Time: " + DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:dd").format(dateTime));
System.out.println("Machine id: " + results[1]);
System.out.println("Sequence: " + results[2]);
}
执行结果：
2、22位短UUID
2.1 说明
UUID最长22位。 排除掉1、l和I，0和o易混字符。本质是将UUID（32位16进制整数）转换为22位57进制数。格式为：”MCyYSL4uvizAhvem4jYXW6“。
生成器代码ShortUuidGenerator
详细示例代码：ShortUuidGeneratorTest
2.2 生成UUID
private final ShortUuidGenerator shortUuidGenerator = new ShortUuidGenerator();
@Test
public void generate() {
shortUuidGenerator.generate();
}
3、带系统编号的卡号
3.1 说明
卡号固定为16位，全数字，53bit。 设计3bit的卡类型，支持8种不同卡的类型。格式为：”1174893642711839“。
+=================================================================
| 3bit卡类型 | 31bit时间戳 | 3bit机器编号 | 9bit序号 | 7bit卡号校验位 |
+=================================================================
- 31 bit的秒时间戳支持68年
- 9 bit序号支持512个序号
- 3 bit机器编号支持8台负载
即卡号生成最大支持8台负载，每台负载每秒钟可以生成512个卡号。
时间戳、机器编号、序号和校验位的bit位数支持业务自定义，方便业务定制自己的生成器。
生成器代码CardIdGenerator
详细示例代码：CardIdGeneratorTest
3.2 生成卡号
private final CardIdGenerator cardIdGenerator = new CardIdGenerator();
@Test
public void generate() {
Long id = cardIdGenerator.generate();
Assert.assertEquals(16, String.valueOf(id).length());
}
3.3 校验
因为卡号中包含校验码和时间戳，因此后台可以对卡号进行合法性校验，作为系统的首道安全屏障。如果对卡号进行暴力破解，卡号校验通过的概率大概为0.03%。
@Test
public void validate() {
long id = cardIdGenerator.generate();
Assert.assertTrue(cardIdGenerator.validate(id));
Assert.assertFalse(cardIdGenerator.validate(++id));
}
3.4 卡号逆向
支持从卡号中解析出卡类型、时间、机器和序号等信息。
@Test
public void parse() {
long id = cardIdGenerator.generate();
Long[] results = cardIdGenerator.parse(id);
System.out.println("System: " + results[0]);
long timestamp = results[1];
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(timestamp), ZoneId.systemDefault());
System.out.println("Time: " + DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:dd").format(dateTime));
System.out.println("Machine id: " + results[2]);
System.out.println("Sequence: " + results[3]);
}
输出结果：
4、带店铺编号的卡号
4.1 说明
卡号固定为16位，全数字，53bit。格式为：”2300795729019213“。
+=======================================================================
| 4bit店铺编号校验位 | 30bit时间戳 | 3bit机器编号 | 9bit序号 | 7bit卡号校验位 |
+=======================================================================
- 30 bit的秒时间戳支持34年
- 9 bit序号支持512个序号
- 3 bit机器编号支持8台负载
即卡号生成最大支持8台负载，每台负载每秒钟可以生成512个卡号。
时间戳、机器编号、序号和校验位的bit位数支持业务自定义，方便业务定制自己的生成器。
生成器代码ShopCardIdGenerator
详细示例代码：ShopCardIdGeneratorTest
4.2 生成卡号
private final ShopCardIdGenerator cardIdGenerator = new ShopCardIdGenerator();
@Test
public void generate() {
Long id = cardIdGenerator.generate("A00001");
Assert.assertEquals(16, String.valueOf(id).length());
}
4.3 校验
因为卡号中包含店铺编号校验位、校验码和时间戳，因此后台可以对卡号进行合法性校验，作为系统的首道安全屏障。如果对卡号进行暴力破解，卡号校验通过的概率大概为0.004%。
@Test
public void validate() {
String shopId = "A00001";
long id = cardIdGenerator.generate(shopId);
Assert.assertTrue(cardIdGenerator.validate(shopId, id));
Assert.assertFalse(cardIdGenerator.validate(shopId, ++id));
Assert.assertFalse(cardIdGenerator.validate("A000111", id));
}
4.4 卡号逆向
支持从卡号中解析出时间、机器和序号等信息。
@Test
public void parse() {
String shopId = "A1234567";
long id = cardIdGenerator.generate(shopId);
Long[] results = cardIdGenerator.parse(id);
long timestamp = results[0];
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(timestamp), ZoneId.systemDefault());
System.out.println("Time: " + DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:dd").format(dateTime));
System.out.println("Machine id: " + results[1]);
System.out.println("Sequence: " + results[2]);
}
执行结果：
5、短卡号
5.1 说明
卡号固定为13位，全数字，43bit。格式为：”1290903816253“。
+=====================================================
| 3bit机器编号 | 29bit时间戳 | 8bit序号 | 3bit卡号校验位 |
+=====================================================
- 29 bit的秒时间戳支持17年
- 8 bit序号支持256个序号（起始序号是20以内的随机数）
- 3 bit机器编号支持7台负载（负载编号从1-7）
即卡号生成最大支持7台负载；每台负载每秒钟可以生成最少236，最多256个卡号。
生成器代码ShortCardIdGenerator
详细示例代码：ShortCardIdGeneratorTest
5.2 生成卡号
private final ShortCardIdGenerator cardIdGenerator = new ShortCardIdGenerator();
@Test
public void generate() {
Long id = cardIdGenerator.generate();
Assert.assertEquals(13, String.valueOf(id).length());
}
5.3 卡号逆向
支持从卡号中解析出时间、机器和序号等信息。
@Test
public void parse() {
long id = cardIdGenerator.generate();
Long[] results = cardIdGenerator.parse(id);
long timestamp = results[0];
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(timestamp), ZoneId.systemDefault());
System.out.println("Time: " + DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:dd").format(dateTime));
System.out.println("Machine id: " + results[1]);
System.out.println("Sequence: " + results[2]);
}
执行结果：
6、店铺卡号激活码
6.1 说明
激活码和卡号绑定，格式为：”IQKHWVAJYZBV“。
激活码有如下特点：
- 激活码固定12位，全大写字母。
- 激活码生成时植入关联的卡号的Hash，但是不可逆；即无法从激活码解析出卡号，也无法从卡号解析出激活码。
- 激活码本质上是一个正整数，通过一定的编码规则转换成全大写字符。为了安全，生成器使用26套编码规则，以字符A来说，
可能在“KMLVAPPGRABH”激活码中代表数字4，在"MONXCRRIUNVA"激活码中代表数字23。即每个大写字符都可以代表0-25的任一数字。
- 具体使用何种编码规则，是通过时间戳+店铺编号Hash决定的。
- 校验激活码分为两个步骤。（1）、 首先校验激活码的合法性 （2）校验通过后，从数据库查询出关联的卡号，对卡号和激活码的关系做二次校验
激活码的正整数由51bit组成
+=========================================================================================
| 4bit店铺编号校验位 | 29bit时间戳 | 3bit机器编号 | 7bit序号 | 4bit激活码校验位 | 4bit卡号校验位 |
+=========================================================================================
- 29 bit的秒时间戳支持17年，激活码生成器计时从2017年开始，可以使用到2034年
- 7 bit序号支持128个序号
- 3 bit机器编号支持8台负载
即激活码生成最大支持8台负载，每台负载每秒钟可以生成128个激活码，整个系统1秒钟可以生成1024个激活码
时间戳、机器编号、序号和校验位的bit位数支持业务自定义，方便业务定制自己的生成器。
激活码代码ActivationCodeGenerator
详细示例代码：ActivationCodeGeneratorTest
6.2 激活码生成流程
-
输入参数为店铺编号、卡号
-
获取当前时间戳和序列号
-
获取当前店铺编码（4bit，最大为15）。店铺编号从高位开始，每间隔一位的数字乘2然后获取除以10的商和余数之和（放大单位错误带来的影响），然后取各位的和再进行取模。
-
将步骤3计算得到的店铺编码、时间戳、机器编号和序号拼接在一起
-
通过一定的算法对步骤4计算得到的结果进行数字计算，获取验证码
-
通过相同的算法对卡号进行数字计算，获取卡号验证码
-
将步骤5和步骤6得到的验证码拼接在一起得到新的验证码
-
将步骤7得到的验证码和4得到的原始编码拼接在一起形成新的字符串
-
将步骤3计算得到的店铺验证码和当前时间混合在一起，得到当前编码规则
-
利用步骤9计算得到的base26编码对步骤8得到的结果进行编码
-
将步骤9和步骤10的结果拼在一起，得到12位的店铺激活码
6.3 生成激活码：
private final ActivationCodeGenerator codeGenerator = new ActivationCodeGenerator(alphabets);
@Test
public void generate() {
String shopId = "A1111";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Long cardId = cardIdGenerator.generate(shopId);
String code = codeGenerator.generate(shopId, cardId);
Assert.assertEquals(12, code.length());
}
}
6.4 校验
因为激活码有着较多的校验信息，因此很难通过暴力方式破解激活码。
@Test
public void validate() {
String shopId = "A1111";
Long cardId = cardIdGenerator.generate(shopId);
String code = codeGenerator.generate(shopId, cardId);
Assert.assertTrue(codeGenerator.validate(shopId, code));
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate("A111", code));
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate(shopId, code + "A"));
char lastChar = code.charAt(code.length() - 1);
char newChar;
if (lastChar < 'Z') {
newChar = (char) (lastChar + 1);
} else {
newChar = (char) (lastChar - 1);
}
String newCode = code.substring(0, code.length() - 2) + newChar;
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate(shopId, newCode));
}
@Test
public void validateCardId() {
String shopId = "A1111";
long cardId = cardIdGenerator.generate(shopId);
String code = codeGenerator.generate(shopId, cardId);
Assert.assertFalse(codeGenerator.validateCardId(code, cardId + 1));
Assert.assertFalse(codeGenerator.validateCardId(code, cardId - 1));
}
6.5 逆向激活码
支持从激活码中解析出时间、机器和序号等信息。
@Test
public void parse() {
String shopId = "A1008";
String code = codeGenerator.generate(shopId, 100000000L);
Long[] results = codeGenerator.parse(code);
long timestamp = results[0];
LocalDateTime dateTime = LocalDateTime.ofInstant(Instant.ofEpochMilli(timestamp), ZoneId.systemDefault());
System.out.println("Time: " + DateTimeFormatter.ofPattern("yyyy-MM-dd HH:mm:dd").format(dateTime));
System.out.println("Machine id: " + results[1]);
System.out.println("Sequence: " + results[2]);
}
执行结果：
7、安全激活码
该激活码无需密码，凭码就可以直接激活消费。
激活码代码SecureActivationCodeGenerator
详细示例代码：SecureActivationCodeGeneratorTest
7.1 说明
-
激活码固定16位，全大写字母和数字，排除掉易混字符0O、1I，一共32个字符。
-
激活码本质上是一个16*5=80bit的正整数，通过一定的编码规则转换成全大写字符和数字。
-
为了安全，使用者在创建生成器的时候，需要提供32套随机编码规则，以字符A来说，可能在“KMLVAPPGRABH”激活码中代表数字4，在"MONXCRRIUNVA"激活码中代表数字23。即每个字符都可以代表0-31的任一数字。
-
具体使用何种编码规则，是通过卡号进行ChaCha20加密后的随机数hash决定的。
激活码的正整数由80bit组成
+========================================================
| 5bit编码号 | 30bit序号明文 | 45bit序号、店铺编号生成的密文 |
+========================================================
7.2 激活码生成流程
-
输入参数为店铺编号、卡号、序号
-
用ChaCha20算法对序号加密，得到一个512字节的随机数
-
将步骤2生成的随机数取前256字节作为HMAC算法的密钥
-
将序号、店铺编号、步骤2生成的随机数的后256字节拼成字节数组
-
用步骤3生成的HMAC对步骤4生成的字节数组进行加密
-
将店铺编号编码为27bit，步骤5生成的字节数组取前18bit，拼成45bit报文
-
步骤4生成的字节数组取前45bit报文M1，步骤6生成的45bit报文M2，将M1和M2进行异或运算
-
根据序号得到30bit的明文，步骤7得到45bit密文，将明文和密文拼接成75bit的激活码主体
-
用ChaCha20算法对卡号进行加密，得到的随机数按字节求和，然后对32取模
-
根据步骤9的结果，得到一套base32的编码方式，对步骤8产生的75bit激活码主体进行编码，得到15位的32进制数（大写字母和数字，排除掉0O1I）
-
步骤9得到的结果进行base32编码得到一位32进制数
-
将步骤11和步骤10得到的结果拼在一起，得到16位的激活码
7.3 激活码验证流程
和生成流程相反。
7.4 激活码生成
private final SecureActivationCodeGenerator codeGenerator = createCodeGenerator();
private SecureActivationCodeGenerator createCodeGenerator() {
String alphabets = SecureActivationCodeGenerator.generateAlphabets();
return new SecureActivationCodeGenerator("abc1234567845#$&*(fYYTYTeefg~!@)", "^^jinpeicomp", 99999, alphabets);
}
@Test
public void generate() {
String shopId = "A1111";
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Long cardId = cardIdGenerator.generate(shopId);
String code = codeGenerator.generate(shopId, cardId, i);
Assert.assertEquals(16, code.length());
System.out.println(code);
}
}
7.5 校验
如果对激活码进行暴力破解，校验通过的概率很小。
即使激活码生成算法暴露了，要破解一个激活码需要进行2的45次方次尝试，如果是一半概率的话也要2的44次方次。
@Test
public void validate() {
String shopId = "A1111";
Long cardId = cardIdGenerator.generate(shopId);
String code = codeGenerator.generate(shopId, cardId, 999);
Assert.assertTrue(codeGenerator.validate(shopId, code));
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate("A111", code));
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate(shopId, code + "A"));
char lastChar = code.charAt(code.length() - 1);
char newChar;
if (lastChar < 'Z') {
newChar = (char) (lastChar + 1);
} else {
newChar = (char) (lastChar - 1);
}
String newCode = code.substring(0, code.length() - 2) + newChar;
Assert.assertFalse(codeGenerator.validate(shopId, newCode));
}
8、数字加密
很多场景（快递、二维码等）下为了信息隐蔽需要对数字进行加密，比如用户的手机号码；并且需要支持解密。格式为：”210781520001014801“
本算法支持对不大于12位的正整数（即1000,000,000,000）进行加密，输出固定长度为18位的数字字符串；支持解密。
加密器代码NumberHidingGenerator
详细示例代码：NumberHidingGeneratorTest
8.1 说明
-
加密字符串固定18位数字，原始待加密正整数不大于12位
-
加密字符串本质上是一个56bit的正整数，通过一定的编码规则转换而来。
-
为了安全，使用者在创建生成器的时候，需要提供10套随机编码规则，以数字1来说，可能在“5032478619”编码规则中代表数字8，在"2704168539"编码规则中代表数字4。即每个字符都可以代表0-9的任一数字。
-
具体使用何种编码规则，是通过原始正整数进行ChaCha20加密后的随机数hash决定的。
-
为了方便开发者使用，提供了随机生成编码的静态方法。
加密后的数字字符串由编码规则+密文报文体组成，密文由56bit组成，可转化为17位数，编码规则为一位数字:
+====================================================
| 1位编码规则 | 37bit原始数字 | 19bit原始数字生成的密文 |
+====================================================
8.2 加密流程
-
输入参数为原始正整数
-
用ChaCha20算法对原始正整数加密，得到一个512字节的随机数
-
将步骤2生成的随机数取前256字节作为HMAC算法的密钥
-
将步骤2生成的随机数的后256字节、原始正整数拼成字节数组
-
用步骤3生成的HMAC对步骤4生成的字节数组进行加密
-
将原始正整数编码为37bit，步骤5生成的字节数组取前19bit，拼成56bit报文
-
步骤2得到的随机数按字节求和，然后对9取模加1
-
根据步骤7的结果，得到一套base10的编码方式，对步骤6产生的56bit激活码主体进行编码，得到17位的10进制数
-
步骤7得到的结果进行base10编码得到一位10进制数
-
将步骤9和步骤8得到的结果拼在一起，得到18位的加密字符串
8.3 解密流程
和加密流程相反。
如果为非法字符串，解密方法则返回null。
8.4 安全
如果对加密数字进行暴力破解，校验通过的概率很小。
内置10套编码方式，
8.5 使用方式
加密
private final NumberHidingGenerator generator = new NumberHidingGenerator("abcdefj11p23710837e]q222rqrqweqe",
"!@#$&123frwq", 10, alphabetsStr);
@Test
public void generate() {
long originNumber = 99999999999L;
String hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(18, hidingStr.length());
Assert.assertTrue(isCharValid(hidingStr));
originNumber = 6L;
hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(18, hidingStr.length());
Assert.assertTrue(isCharValid(hidingStr));
}
解密
@Test
public void parse() {
Long originNumber = 14825847997L;
String hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(originNumber, generator.parse(hidingStr));
originNumber = 6L;
hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(originNumber, generator.parse(hidingStr));
}
9、带有效期的数字加密
很多场景下为了信息隐蔽需要对数字进行加密，比如用户的付款码；并且需要支持解密。格式为：”77550501392592614656“
加密结果混入了时间信息，有效时间为1分钟，超过有效期加密结果会失效。
本算法支持对不大于12位的正整数（即1000,000,000,000）混合时间信息进行加密，输出固定长度为20位的数字字符串；支持解密。
加密器代码TimeNumberHidingGenerator
详细示例代码：TimeNumberHidingGeneratorTest
9.1 说明
-
加密字符串固定20位数字，原始待加密正整数不大于12位
-
加密字符串本质上是一个63bit的正整数，通过一定的编码规则转换而来。
-
为了安全，使用者在创建生成器的时候，需要提供10套随机编码规则，以数字1来说，可能在“5032478619”编码规则中代表数字8，在"2704168539"编码规则中代表数字4。即每个字符都可以代表0-9的任一数字。
-
具体使用何种编码规则，是通过原始正整数进行ChaCha20加密后的随机数hash决定的。
-
为了方便开发者使用，提供了随机生成编码的静态方法。
加密后的数字字符串由编码规则+密文报文体组成，密文由63bit组成，可转化为19位数，编码规则为一位数字:
+===========================================================================================
| 1位编码规则 | 37bit原始数字 | 15bit原始数字加当前时间加密生成的密文 | 11bit当天时间分钟信息 |
+===========================================================================================
9.2 加密流程
-
输入参数为原始正整数
-
用ChaCha20算法对原始正整数加密，得到一个512字节的随机数
-
将步骤2生成的随机数取前256字节作为HMAC算法的密钥
-
将步骤2生成的随机数的后256字节、原始正整数、当前时间序列拼成字节数组
-
用步骤3生成的HMAC对步骤4生成的字节数组进行加密
-
将原始正整数编码为37bit，步骤5生成的字节数组取前15bit，当天时间分钟信息编码为11bit，拼成63bit报文
-
步骤2得到的随机数按字节在求和，然后对9取模加1
-
根据步骤7的结果，得到一套base10的编码方式，对步骤6产生的56bit激活码主体进行编码，得到19位的10进制数
-
步骤7得到的结果进行base10编码得到一位10进制数
-
将步骤9和步骤8得到的结果拼在一起，得到20位的加密字符串
9.3 解密流程
和加密流程相反。
如果为非法字符串或者已经过期，解密方法则返回null。
9.4 安全
如果对加密数字进行暴力破解，校验通过的概率很小。
内置10套编码方式，
9.5 使用方式
加密
private final TimeNumberHidingGenerator generator = createGenerator();
private TimeNumberHidingGenerator createGenerator() {
String alphabetsStr = "0381592647,1270856349,4685109372,3904682157,7316492805,3645927810,1803756249,6153940728,2905437861,7968012435";
return new TimeNumberHidingGenerator("abcdefj11p23710837e]q222rqrqweqe",
"!@#$7￥yt", 10, alphabetsStr);
}
@Test
public void generate() {
long originNumber = 99999999999L;
String hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(20, hidingStr.length());
Assert.assertTrue(isCharValid(hidingStr));
originNumber = 15052331988L;
hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(20, hidingStr.length());
Assert.assertTrue(isCharValid(hidingStr));
}
解密
@Test
public void parse() {
Long originNumber = 14825847997L;
String hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(originNumber, generator.parse(hidingStr));
originNumber = 6L;
hidingStr = generator.generate(originNumber);
Assert.assertEquals(originNumber, generator.parse(hidingStr));
}
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