linux下的随机数

心已赠人 2022-08-06 15:11 49阅读 0赞

在 linux下取随机数，当然可以简单的用rand函数，不过要注意的是一定要设置好种子，否则伪随机数就会变成非常伪的随机数。设置种子，一般就用 time函数返回当前时间即可。一般来讲，这样的做法基本上就可以了，因为虽然我们用的是随机数，但是由于种子不同，从上亿的数中去猜测我们的种子几乎是 不可能的。

但是如果我们的种子算法被知道了，那么显然就不行了。当然作为某些应用也无所谓，比如我们要在屏幕上随机的画一只小猪。这样的应用几乎不会有谁会去关心下一次会是什么结果。不过有些应用就不一样了，大的不说，就是一些游戏，也得考虑随机数的安全性问题。

简 单的办法是，我们的种子也用随机数来表示。不过这样一来，似乎就有鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。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，在这里我们有一个很酷的名字叫做“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。

下面的代码中，函数init\_random用来生成一个随机的种子，之后直接调rand就可以得到随机数。之所以读了512次，然后全部组合在一起，就是因为urandom设备不保证每一次读到的都是真实的数据。

另 一个函数my\_rand则是通过直接去读random设备来得到真实的随机数。这样每一次都是真正的随机数，但是问题在于如果系统的“熵”不够，那么程序 就会阻塞。对于安全性要求比较高的应用来说，可以使用这样的方式。如果“熵”不够，可以人为的去“制造”一些熵。比如下面的程序，如果你不做任何操作，也 许输出几个随机数之后程序就会停止输出，这是你在另一个终端运行一些比较繁忙的进程，比如"find /"，就会发现我们的程序又开始源源不断的输出随机数。

使用random设备的例子很多，比如gpg就会在生成key的时候让你不断的敲键 盘直到它满意为止。对于2.4以后的内核，你还可以通过proc文件系统的接口得到random设备的更多信息，比如 /proc/sys/kernel/random/entropy\_avail可以知道系统中还有多少“熵”可以用。运行我们的例子可以发现，这个值一下 子就减少到个位数，直到程序阻塞。另外一个文件也很有意思，那就是/proc/sys/kernel/random/uuid，通过这个接口可以很容易的 得到真正唯一的uuid。

关于random设备还有一些可说的，那就是系统安全。有人居然能通过系统启动过程或者系统运行的某段时间产生的 熵的内容来破译出某些信息，这听起来相当高深，不过理论上来讲却完全可能。因为random设备虽然是通过系统噪声来得到熵，但是如果两次系统启动完全一 致，那么启动过程中生成的熵当然会完全一致。不过这些安全漏洞不用我们担心，因为现在的系统都有相关的补丁。

\#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); printf("init finished "); \} unsigned int new\_rand () \{ int fd; unsigned int n = 0; fd = open ("/dev/urandom", O\_RDONLY); if (fd > 0) \{ read (fd, &n, sizeof (n)); \} close (fd); return n; \} int main () \{ int n, i; init\_random (); n = rand (); printf ("n=%d ", n); for(i=0;i<10;i++) printf ("%u ", new\_rand()); \}