【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(14)C#生成安全的随机数
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前言
真正意义上的随机数(或者随机事件)在某次产生过程中是按照实验过程中表现的分布概率随机产生的,其结果是不可预测的,是不可见的。而计算机中的随机函数是按照一定算法模拟产生的,其结果是确定的,是可见的。我们可以这样认为这个可预见的结果其出现的概率是100%。所以用计算机随机函数所产生的“随机数”并不随机,是伪随机数。伪随机数的作用在开发中的使用非常常见,因此.NET在System命名空间,提供了一个简单的Random随机数生成类型。但这个类型并不能满足所有的需求,本节开始就将陆续介绍Math.NET中有关随机数的扩展以及其他伪随机生成算法编写的随机数生成器。
今天要介绍的是Math.NET中利用C#快速的生成安全的随机数。
如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301554.html
1.什么是安全的随机数?
Math.NET在MathNet.Numerics.Random命名空间中的实现了一个基于System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator的安全随机数发生器。
实际使用中,很多人对这个不在意,那么Random和安全的随机数有什么区别,什么是安全的随机数呢?
在许多类型软件的开发过程中,都要使用随机数。例如纸牌的分发、密钥的生成等等。随机数至少应该具备两个条件:
1. 数字序列在统计上是随机的。
2. 不能通过已知序列来推算后面未知的序列。
只有实际物理过程才是真正随机的。而一般来说,计算机是很确定的,它很难得到真正的随机数。所以计算机利用设计好的一套算法,再由用户提供一个种子值,得出被称为“伪随机数”的数字序列,这就是我们平时所使用的随机数。
这种伪随机数字足以满足一般的应用,但它不适用于加密等领域,因为它具有弱点:
1. 伪随机数是周期性的,当它们足够多时,会重复数字序列。
2. 如果提供相同的算法和相同的种子值,将会得出完全一样的随机数序列。
3. 可以使用逆向工程,猜测算法与种子值,以便推算后面所有的随机数列。
对于这个随机数发生器,本人深有体会,在研究生期间,我的研究方向就是 流密码,其中一个主要的课题就是 如何生成高安全性能的随机数发生器,研究了2年吧,用的是 混沌生成伪随机数,用于加密算法。.NET自带的Random类虽然能满足常规要求,但在一些高安全场合,是不建议使用的,因为其生成的随机数是可以预测和破解的。所以在.net中也提供了一个用于加密的RandomNumberGenerator。Math.NET就是该类的一个翻版。虽然其效率要比Random更低,但是更安全。
2..NET中使用RNGCryptoServiceProvider的例子
RNGCryptoServiceProvider的使用可以参考一个MSDN的例子:
1 using System; 2 using System.IO; 3 using System.Text; 4 using System.Security.Cryptography; 5 6 class RNGCSP 7 { 8 public static void Main() 9 { 10 for(int x = 0; x <= 30; x++) 11 Console.WriteLine(RollDice(6)); 12 } 13 14 public static int RollDice(int NumSides) 15 { 16 byte[] randomNumber = new byte[1]; 17 18 RNGCryptoServiceProvider Gen = new RNGCryptoServiceProvider(); 19 20 Gen.GetBytes(randomNumber); 21 22 int rand = Convert.ToInt32(randomNumber[0]); 23 24 return rand % NumSides + 1; 25 } 26 }
3.Math.NET中安全随机数类的实现
随机数生成器算法的实现基本都类似,这里就看一下Math.NET中安全的随机数生成器CryptoRandomSource类的实现:
1 public sealed class CryptoRandomSource : RandomSource, IDisposable 2 { 3 const double Reciprocal = 1.0/uint.MaxValue; 4 readonly RandomNumberGenerator _crypto; 5 6 /// <summary> 7 /// Construct a new random number generator with a random seed. 8 /// </summary> 9 /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/> and uses the value of 10 /// <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks> 11 public CryptoRandomSource() 12 { 13 _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); 14 } 15 16 /// <summary> 17 /// Construct a new random number generator with random seed. 18 /// </summary> 19 /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param> 20 /// <remarks>Uses the value of <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks> 21 public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng) 22 { 23 _crypto = rng; 24 } 25 26 /// <summary> 27 /// Construct a new random number generator with random seed. 28 /// </summary> 29 /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/></remarks> 30 /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param> 31 public CryptoRandomSource(bool threadSafe) : base(threadSafe) 32 { 33 _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); 34 } 35 36 /// <summary> 37 /// Construct a new random number generator with random seed. 38 /// </summary> 39 /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param> 40 /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param> 41 public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng, bool threadSafe) : base(threadSafe) 42 { 43 _crypto = rng; 44 } 45 46 /// <summary> 47 /// Returns a random number between 0.0 and 1.0. 48 /// </summary> 49 /// <returns> 50 /// A double-precision floating point number greater than or equal to 0.0, and less than 1.0. 51 /// </returns> 52 protected override sealed double DoSample() 53 { 54 var bytes = new byte[4]; 55 _crypto.GetBytes(bytes); 56 return BitConverter.ToUInt32(bytes, 0)*Reciprocal; 57 } 58 59 public void Dispose() 60 { 61 #if !NET35 62 _crypto.Dispose(); 63 #endif 64 } 65 66 /// <summary> 67 /// Fills an array with random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. 68 /// </summary> 69 /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> 70 public static void Doubles(double[] values) 71 { 72 var bytes = new byte[values.Length*4]; 73 74 #if !NET35 75 using (var rnd = new RNGCryptoServiceProvider()) 76 { 77 rnd.GetBytes(bytes); 78 } 79 #else 80 var rnd = new RNGCryptoServiceProvider(); 81 rnd.GetBytes(bytes); 82 #endif 83 84 for (int i = 0; i < values.Length; i++) 85 { 86 values[i] = BitConverter.ToUInt32(bytes, i*4)*Reciprocal; 87 } 88 } 89 90 /// <summary> 91 /// Returns an array of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. 92 /// </summary> 93 /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> 94 [TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")] 95 public static double[] Doubles(int length) 96 { 97 var data = new double[length]; 98 Doubles(data); 99 return data; 100 } 101 102 /// <summary> 103 /// Returns an infinite sequence of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. 104 /// </summary> 105 /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> 106 public static IEnumerable<double> DoubleSequence() 107 { 108 var rnd = new RNGCryptoServiceProvider(); 109 var buffer = new byte[1024*4]; 110 111 while (true) 112 { 113 rnd.GetBytes(buffer); 114 for (int i = 0; i < buffer.Length; i += 4) 115 { 116 yield return BitConverter.ToUInt32(buffer, i)*Reciprocal; 117 } 118 } 119 } 120 }
4.资源
源码下载:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4264638.html
如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301519.html
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