라떼군 이야기
우주 모든 원자에 ID를 붙인다면? UUID를 넘어선 '우주적 고유 ID' 탐구
TL;DR 우주 멸망 시점까지 모든 원자에 고유 ID를 부여하려면 약 798비트의 무작위 숫자가 필요합니다. 계층적(Deterministic) 방식은 ID 길이가 선형적으로 늘어나는 문제가 있어, 결국 충분히 긴 무작위(Probabilistic) ID가 가장 효율적인 해결책임을 수학적, 알고리즘적으로 증명합니다.
인류가 태양계를 넘어 은하계로 확장하고, 수조 개의 센서와 로봇, 나아가 모든 원자에 고유 식별자를 부여해야 하는 미래를 상상해 봅시다. 현재 우리가 사용하는 UUID는 과연 우주적 규모에서도 충돌 없이 안전할까요? 이 글은 ID 충돌 확률을 ‘기능적 0’으로 만들기 위한 수학적 계산과, 무작위 생성 방식 대안으로 고려해볼 만한 결정론적(Deterministic) ID 생성 알고리즘들을 시뮬레이션과 함께 흥미롭게 탐구합니다.
핵심 내용
저자는 먼저 확률적 접근법을 분석합니다. 우주 전체를 컴퓨터로 가정(Computronium)하여 열역학적 사망 시점까지 연산할 경우, 충돌을 피하기 위해 약 798비트의 ID가 필요하며, 관측 가능한 우주의 모든 원자($10^{80}$개)에 ID를 부여하려면 약 532비트가 필요합니다. 대안으로 제시된 ‘Dewey’ 방식(계층적 카운터)이나 이진 트리 방식 같은 결정론적 알고리즘은 중앙 권한 없이 유일성을 보장하지만, 네트워크 구조(토폴로지)에 따라 ID 길이가 선형적으로 급격히 늘어나는 치명적인 단점이 있습니다. 결국 복잡한 구조적 ID보다는 충분히 긴 난수가 가장 효율적이라는 결론에 도달합니다.
기술적 인사이트
소프트웨어 엔지니어링에서 ‘상태(State)‘와 ‘독립성(Statelessness)’ 사이의 트레이드오프를 극명하게 보여주는 사례입니다. 결정론적 ID(예: Dewey)는 유일성을 보장하기 위해 ‘생성 경로’라는 상태 정보를 ID 자체에 포함시켜야 하므로 시스템이 확장될수록 오버헤드가 커집니다. 반면, 무작위 ID는 충돌 확률이라는 리스크를 안고 가는 대신, 시스템의 구조나 상태와 무관하게 일정한 크기($O(1)$)를 유지합니다. 이는 분산 시스템에서 왜 UUID나 CUID 같은 확률적 접근이 사실상의 표준이 되었는지를 이론적으로 뒷받침합니다.
시사점
실무 개발자들에게는 ‘충돌 가능성’에 대한 막연한 두려움을 수학적 근거로 해소해 줍니다. 128비트 UUID만으로도 지구상의 모든 사람에게 매일 수십억 개의 ID를 부여해도 충돌 확률이 무시할 수준임을 상기시킵니다. 하지만 IoT 네트워크나 P2P 시스템처럼 네트워크 토폴로지가 중요한 환경에서는, ID 자체가 라우팅 경로를 포함하는 결정론적 방식(Dewey 방식의 변형)이 특수한 목적(트래픽 제어 등)으로 활용될 수 있다는 점도 시사합니다.
우리는 종종 ‘완벽한 보장’을 위해 복잡한 시스템을 설계하려 하지만, 때로는 ‘충분히 낮은 확률’이 엔지니어링적으로 더 완벽한 해답일 수 있습니다. 당신의 시스템은 0이 아닌 확률을 허용할 준비가 되어 있나요, 아니면 무한히 길어지는 ID를 감당할 준비가 되어 있나요?