linux下真正的"伪随机数"

rookie 2012-04-10

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伪随机数，程序员哪个不知，哪个不晓。在linux下，设置好随机种子，然后调用rand()函数，但你真的知道了解它吗？其实你错了，这个"伪"确实够伪的，骗了很多人，不信，看如下代码：

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

      你把代码运行10遍，发现啥了？咦，怎么每次的结果都一样啊，这样别人如果知道种子(100)了，就知道结果了，这样的结果配叫随机数啊。常用的方法就是种子用时间来计算，但安全性不高，你我都知道你会用时间做种子算法，那还安全啊，我每次打游戏老怪就老蹲在一个地方打，反正你是"随机坐标"出来的怪兽嘛！显然问题相当严重了，那咋办？
      最简单的办法：种子也用随机数来表示。这，我不说你都知道问题了，本来就是求随机数都没出来，你还整个随机种子，表妹知道肯定说打死我。哎，好在 linux给我们提供了“真正的”随机数，在内核中，linux会维护一些偶然出现的数据，并且为用户提供访问接口。之所以称之为真正的随机数，是因为这些数据来源于计算机本身的偶然操作，比如硬盘操作、键盘和鼠标的操作，等等。这些操作比起那些通过固定算法生成的伪随机数来说，当然是更真实一些了，它被叫做“熵”。内核提供的接口是/dev/random和/dev/urandom设备，二者的区别是读取时random肯定会返回一个数，如果没有足够的数据，就会阻塞。而urandom则不会阻塞，但是不保证返回的是合适的数据。下面就针对这两个接口来看看真正的随机数是怎么产生的：
      一，使用/dev/random接口，代码如下：

#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;
}

这一种方法够简单明了，通过读取linux中真正的伪随机接口/dev/random来真正的随机产生种子，种子都随机了，结果还不随机啊。但问题明显，我刚说了，读取时random肯定会返回一个数，如果没有足够的数据，就会阻塞。这个阻塞有时是会带来安全问题的。
二，使用/dev/urandom接口，代码如下：

#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;
}