linux下真正的"偽隨機數(shù)"

rookie 2012-04-10

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偽隨機數(shù)，程序員哪個不知，哪個不曉。在linux下，設(shè)置好隨機種子，然后調(diào)用rand()函數(shù)，但你真的知道了解它嗎？其實你錯了，這個"偽"確實夠偽的，騙了很多人，不信，看如下代碼：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
    srand(100);
    printf("%d\n",rand());
    return EXIT_SUCCESS;
}

      你把代碼運行10遍，發(fā)現(xiàn)啥了？咦，怎么每次的結(jié)果都一樣啊，這樣別人如果知道種子(100)了，就知道結(jié)果了，這樣的結(jié)果配叫隨機數(shù)啊。常用的方法就是種子用時間來計算，但安全性不高，你我都知道你會用時間做種子算法，那還安全啊，我每次打游戲老怪就老蹲在一個地方打，反正你是"隨機坐標"出來的怪獸嘛！顯然問題相當(dāng)嚴重了，那咋辦？
      最簡單的辦法：種子也用隨機數(shù)來表示。這，我不說你都知道問題了，本來就是求隨機數(shù)都沒出來，你還整個隨機種子，表妹知道肯定說打死我。哎，好在 linux給我們提供了“真正的”隨機數(shù)，在內(nèi)核中，linux會維護一些偶然出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，并且為用戶提供訪問接口。之所以稱之為真正的隨機數(shù)，是因為這些數(shù)據(jù)來源于計算機本身的偶然操作，比如硬盤操作、鍵盤和鼠標的操作，等等。這些操作比起那些通過固定算法生成的偽隨機數(shù)來說，當(dāng)然是更真實一些了，它被叫做“熵”。內(nèi)核提供的接口是/dev/random和/dev/urandom設(shè)備，二者的區(qū)別是讀取時random肯定會返回一個數(shù)，如果沒有足夠的數(shù)據(jù)，就會阻塞。而urandom則不會阻塞，但是不保證返回的是合適的數(shù)據(jù)。下面就針對這兩個接口來看看真正的隨機數(shù)是怎么產(chǎn)生的：
      一，使用/dev/random接口，代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <fcntl.h>
unsigned int new_rand ()
{
    int fd;
    unsigned int n = 0;
    fd = open ("/dev/random", O_RDONLY);
    if (fd > 0)
    {
        read (fd,&n,sizeof (n));
    }
    close (fd);
    return n;
}
int main ()
{
    int n, i;
    //init_random ();
    srand(new_rand());
    n = rand ();
    printf ("n=%d ",rand());
    return 0;
}

這一種方法夠簡單明了，通過讀取linux中真正的偽隨機接口/dev/random來真正的隨機產(chǎn)生種子，種子都隨機了，結(jié)果還不隨機啊。但問題明顯，我剛說了，讀取時random肯定會返回一個數(shù)，如果沒有足夠的數(shù)據(jù)，就會阻塞。這個阻塞有時是會帶來安全問題的。
二，使用/dev/urandom接口，代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <fcntl.h>
void init_random ()
{
    unsigned int ticks;
    struct timeval tv;
    int fd;
    gettimeofday (&tv, NULL);
    ticks = tv.tv_sec + tv.tv_usec;
    fd = open ("/dev/urandom", O_RDONLY);
    if (fd > 0)
    {
        unsigned int r;
        int i;
        for (i = 0; i < 512; i++)
        {
            read (fd, &r, sizeof (r));
            ticks += r;
        }
        close (fd);
    }
    srand (ticks);
}
 
int main ()
{
    int n, i;
    init_random ();
    n = rand ();
    printf ("n=%d ", n);
    return 0;
}