关于Linux下随机数的相关知识

  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。

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