趣谈唯一邀请码生成方法

前段时间项目上需要生成唯一邀请码！嘿嘿，多简单的一件事，心里就已默默将代码写了一遍。但小小的邀请码生成却也小有乾坤，这就是后话了。

一、最简单的实现

很多人 肯定都和我一开始一样！嘿嘿，这还不简单，26个字母+10个数字，去掉容易混淆的，O、0、I、1等字符就剩下32个，

        /*** 随机字符串*/private static final char[] CHARS = new char[] {'F', 'L', 'G', 'W', '5', 'X', 'C', '3','9', 'Z', 'M', '6', '7', 'Y', 'R', 'T', '2', 'H', 'S', '8', 'D', 'V', 'E', 'J', '4', 'K','Q', 'P', 'U', 'A', 'N', 'B'};

然后再生成随机的六个重复的数字，对应着CHARS中的数字下标，邀请码生成搞定

            Random random = new Random();List<Character> list =  random.ints(0,32).distinct().limit(6).boxed().map(t -> CHARS[t]).reduce().collect(toList());

好啦，邀请码生成好了。你还要不重复是吧，OK！没问题，我们把邀请码保存到缓存里面，例如redis。每次新生成的邀请码都先去缓存判断下是否存在，如果已经存在则再生成一个，直到找到合适的。 功能完成。喝下午茶去。。。。

思考：这种实现是否真的最佳实现了呢？至少存在以下一些问题

唯一性判断需要通过缓存，引入第三方组件，并且消耗内存资源
在99.999%的情况下，缓存判断是否存在都是 FALSE 的，可以说是一种浪费
用户与邀请码的对应关系需要记录，如果数据库查询的话，至少需要在邀请码字段上加个索引，又是要消耗资源

那么我们有其它办法来解这个问题吗？

二、数学和密码学来实现

前提：存在唯一的标识，例如给用户生成邀请码，那么用户id就是唯一标识（id在任何情况下都不会重复）。

那么我们首先想到的是根据唯一的id，是使用算法来生成。

       /*** 生成邀请码** @param id 唯一的id主键* @return code*/String gen(Long id) {//进行补位id = id * PRIME1 + SLAT;//将 id 转换成32进制的值long[] b = new long[CODE_LENGTH];//32进制数b[0] = id;for (int i = 0; i < CODE_LENGTH-1; i++) {b[i + 1] = b[i] / CHARS_LENGTH;b[i] = b[i] % CHARS_LENGTH;}b[5] = (b[2] + b[3] + b[4]) * PRIME1 % CHARS_LENGTH;StringBuilder buffer = new StringBuilder();Arrays.stream(b).boxed().map(Long::intValue).map(t -> CHARS[t]).forEach(buffer::append);return buffer.toString();}

大概就是像上面代码一样，先将id扩大，然后再转换成32进制的数。为啥是32进制呢，因为 CHARS 里面是32个char，那么32进制正好对应 CHARS 的下标。

好了，基于算法根据id来生成邀请码就完成了。然后再逆向下算法，就可以根据邀请码来还原成用户id，找到是哪个用户的了。

YEAH、YEAH！任务完成

然后代码一运行

  public static void main(String [] args){for(long id=10000L;id<10020L;id++){String code = InviteCode.instance().gen(id);System.out.println("code:"+code);}}

code:HASCL6
code:DASCL6
code:JASCL6
code:QASCL6
code:AASCL6
code:FNSCL6
code:WNSCL6
code:CNSCL6
code:ZNSCL6
code:7NSCL6

连续的 id 产生的邀请码是惊人的相似，后四位是完全相同的！这样如果有心用户发现这个规律后，就有可能破解邀请码的生成算法。

三、再进一步

之前有说过密码学，密码学里面有两个重要概念，就是扩大和混淆。既然后四位如此的相似，那么我们希望能够扩大后四位的差异。

       /*** 生成邀请码** @param id 唯一的id主键* @return code*/String gen(Long id) {//补位，并扩大整体id = id * PRIME1 + SLAT;//将 id 转换成32进制的值long[] b = new long[CODE_LENGTH];//32进制数b[0] = id;for (int i = 0; i < CODE_LENGTH - 1; i++) {b[i + 1] = b[i] / CHARS_LENGTH;//扩大每一位的差异b[i] = (b[i] + i * b[0]) % CHARS_LENGTH;}b[5] = (b[0] + b[1] + b[2] + b[3] + b[4]) * PRIME1 % CHARS_LENGTH;//进行混淆long[] codeIndexArray = new long[CODE_LENGTH];for (int i = 0; i < CODE_LENGTH; i++) {codeIndexArray[i] = b[i * PRIME2 % CODE_LENGTH];}StringBuilder buffer = new StringBuilder();Arrays.stream(codeIndexArray).boxed().map(Long::intValue).map(t -> CHARS[t]).forEach(buffer::append);return buffer.toString();}

这样我们就能对连续id生成差异化的邀请码了。

   public static void main(String [] args){for(long id=10000L;id<10020L;id++){String code = InviteCode.instance().gen(id);System.out.println("code:"+code);}}

code:H8XKDR
code:DEHGQH
code:JKA6FD
code:QUZDCJ
code:ABVA7Q
code:FXLCSN
code:W9YT4L
code:C6K4N5
code:ZRXL53

四、结语

任务总算完成了，汇报给领导求表扬。但生成算法还是存在瑕疵的，因为对于六位数的邀请码，只取了5个有效位，第六位作为校验位。所有最大能表示的id到千万级，如果还需要更大的id，则需要扩大邀请码的位数。

详细算法地址（包含将邀请码还原成id的算法哦）：https://gist.github.com/zjnxyz/6ef6007f493a0edea6837cc06e934abc 52

整理了一下源码


import java.util.Arrays;public class InviteCode {/*** 随机字符串*/private static final char[] CHARS = new char[] { 'F', 'L', 'G', 'W', '5', 'X', 'C', '3', '9', 'Z', 'M', '6', '7','Y', 'R', 'T', '2', 'H', 'S', '8', 'D', 'V', 'E', 'J', '4', 'K', 'Q', 'P', 'U', 'A', 'N', 'B' };private final static int CHARS_LENGTH = 32;/*** 邀请码长度*/private final static int CODE_LENGTH = 6;/*** 随机数据*/private final static long SLAT = 1234561L;/*** PRIME1 与 CHARS 的长度 L互质，可保证 ( id * PRIME1) % L 在 [0,L)上均匀分布*/private final static int PRIME1 = 3;/*** PRIME2 与 CODE_LENGTH 互质，可保证 ( index * PRIME2) % CODE_LENGTH 在* [0，CODE_LENGTH）上均匀分布*/private final static int PRIME2 = 11;/*** 生成邀请码** @param id 唯一的id主键* @return code*/public static String gen(Long id) {// 补位id = id * PRIME1 + SLAT;// 将 id 转换成32进制的值long[] b = new long[CODE_LENGTH];// 32进制数b[0] = id;for (int i = 0; i < CODE_LENGTH - 1; i++) {b[i + 1] = b[i] / CHARS_LENGTH;// 按位扩散b[i] = (b[i] + i * b[0]) % CHARS_LENGTH;}b[5] = (b[0] + b[1] + b[2] + b[3] + b[4]) * PRIME1 % CHARS_LENGTH;// 进行混淆long[] codeIndexArray = new long[CODE_LENGTH];for (int i = 0; i < CODE_LENGTH; i++) {codeIndexArray[i] = b[i * PRIME2 % CODE_LENGTH];}StringBuilder buffer = new StringBuilder();Arrays.stream(codeIndexArray).boxed().map(Long::intValue).map(t -> CHARS[t]).forEach(buffer::append);return buffer.toString();}/*** 将邀请码解密成原来的id** @param code 邀请码* @return id*/public static Long decode(String code) {if (code.length() != CODE_LENGTH) {return null;}// 将字符还原成对应数字long[] a = new long[CODE_LENGTH];for (int i = 0; i < CODE_LENGTH; i++) {char c = code.charAt(i);int index = findIndex(c);if (index == -1) {// 异常字符串return null;}a[i * PRIME2 % CODE_LENGTH] = index;}long[] b = new long[CODE_LENGTH];for (int i = CODE_LENGTH - 2; i >= 0; i--) {b[i] = (a[i] - a[0] * i + CHARS_LENGTH * i) % CHARS_LENGTH;}long res = 0;for (int i = CODE_LENGTH - 2; i >= 0; i--) {res += b[i];res *= (i > 0 ? CHARS_LENGTH : 1);}return (res - SLAT) / PRIME1;}/*** 查找对应字符的index** @param c 字符* @return index*/private static int findIndex(char c) {for (int i = 0; i < CHARS_LENGTH; i++) {if (CHARS[i] == c) {return i;}}return -1;}
}