电脑取随机数是什么原理,是真正的随机数吗?

写程序的时候用到了随机函数,但是,计算机中的所有数据都是经过计算得出的,这与随机这个词有很大的冲突,不过最后还是找到了答案,以下摘自知乎

  • 首先,『真随机』也有不同的含义, 真正的自然界中的真随机目测只有量子力学了……一般的所谓真随机不是指这个,而是指统计意义上的随机,也就是具备不确定性,可以被安全的用于金融等领域,下面的真随机也均指这个。
  • 答案是,计算机理论上可以产生统计意义上的真随机数。
  • 大部分程序和语言中的随机数(比如C中的,MATLAB中的),确实都只是随机。是由可确定的函数(比如线性同余),通过一个种子(比如时钟),产生的伪随机数。这意味着:如果知道了种子,或者已经产生的随机数,都可能获得接下来随机数序列的信息。
  • 直观来想,计算机是一种可确定,可预测的的设备,想通过一行一行的确定的代码自身产生真随机,显然不可能。但是,我们或许可以迂回一下……
  • 比如 UNIX 内核中的随机数发生器(/dev/random)就做到了,它可以在理论上能产生真随机数。这意味着:随机数的生成,独立于生成函数,或者说这个产生器是非确定的。
  • 为什么呢?简单的讲就是软硬结合。UNIX维护了一个熵池不断收集非确定性的设备事件,即机器运行环境中产生的硬件噪音来作为种子。
    • 比如说:IO请求的响应时间, 特定硬件中断的时间间隔, 键盘敲击速度,鼠标移动速度,甚至周围的电磁波等等……
    • 更具体的,内核提供了向熵池填充数据的接口
      • 比如鼠标的就是 void add_mouse_randomness(__u32 mouse_data) 。内核子系统和驱动调用这个函数,把鼠标的位置和中断间隔时间作为噪音源填充进池。
    • Q 有的中断有规律可循,或者可以受外界控制,怎么办
      • A 并非所有的中断都能作为噪音源的。
    • (目前已有专用的设备可以收集附近的电磁场的噪音来产生随机数……)
  • 所以,结论是,程序和算法本身不能产生真随机,但是计算机系统作为整体可以迂回产生真随机。

参考:

  1. 《Linux内核设计与实现》附录C《内核随机数产生器》
  2. 内核源码在/drivers/char/random.c

转自知乎

26 Replies to “电脑取随机数是什么原理,是真正的随机数吗?”

    1. 你理解错了,在你听第一首歌的时候,你怎么有把握知道第二首肯定是“那个”随机的定义就是:事前不可预言的现象,即在相同条件下重复进行试验,每次结果未必相同,或知道事物过去的状况,但未来的发展却不能完全肯定。

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