Rust 的 rand 板条箱中使用的 PRNG 算法是什么？答案

【问题标题】：What is the PRNG algorithm used in Rust's `rand` crate?Rust 的 rand 板条箱中使用的 PRNG 算法是什么？
【发布时间】：2022-01-20 07:50:56
【问题描述】：

我正在编写一个网络应用程序，它将进行一些财务模型模拟。只是为了好玩和学习新事物的机会，我决定将所有数学和模拟卸载到 WebAssembly 并在 Rust 中实现 wasm。

因此，我正在研究 Rust 的 PRNG。我找到了一个Mersenne Twister crate，而 MT 显然是一种成熟的算法（甚至在几种语言中默认使用），但是这个特定的 crate 似乎不是很受欢迎。我也知道 Rust 有一个 rand crate “内置”（如果这甚至是一件事），但我还没有找到任何信息：

rand使用的算法是什么？
该算法在随机性质量方面与其他算法（例如 MT）相比如何？

明确一点：我正在评估统计随机性（模拟随机过程）的算法，不是加密安全性。

【问题讨论】：

rand crate 是开源的并且有很好的文档记录。包含的生成器上有一个页面：rust-random.github.io/book/guide-rngs.html
如果您从链接到的页面开始并点击相应的链接，您将到达Struct rand::rngs::StdRng“当前使用的算法是 12 轮的 ChaCha 块密码。”我建议你确认我走的是正确的道路。
Re：算法，避免 MT。它臃肿并且不会产生很好的随机性。对于模拟，您几乎肯定想要 xoshiro 家族中的某些东西，例如 xoshiro256++。

标签： random rust

【解决方案1】：

我也知道 Rust 有一个“内置”的 rand crate（如果这是一个东西的话），但我没有找到任何信息：

rand 中使用的算法是什么？

文档需要跳来跳去，但看起来很清楚？

random 重定向到thread_rng，该结构指向ThreadRng 结构，该结构记录了它使用与StdRng 相同的PRNG，它说：

当前使用的算法是 12 轮的 ChaCha 分组密码。请参阅this relevant rand issue 进行讨论。

*该算法在随机性质量方面与其他算法（例如 MT）相比如何？

ChaCha 是一种加密安全的 PRNG（它被用于每个 BSD 的系统 RNG 以及 Linux），而 MT 绝对不是；并且ChaCha在随机性质量方面远远优于MT。

这确实是有代价的，CSPRNG 往往比非安全 PRNG 慢（因为它们的目标完全不同）。虽然 MT 的速度不如 PRNG 快，但 chacha12 可能很有竞争力。

rand 还提供了SmallRng，这是一个非加密 PRNG，具有相当好的统计特性，非常快。

【讨论】：

感谢您的回答。我只是想评论一下，对我来说（我才刚刚开始学习 Rust，甚至还没有完全理解特征等概念）根本不明显要遵循哪些链接，我认为其他初学者也可能会遇到困难.事实上，我被 Google 引导到了 docs.rs/rand 的子页面，随后完全错过了 rust-random.github.io 的非现场链接，其中包含真正丰富的信息。（感谢@denys-seguret 在评论中提到这一点。）
请注意，我发布的所有 lins（除了 github 问题）都在 docs.rs/rand
另外我认为 rust-random.github.io 上的信息不是最新的：因为StdRng 现在是 ChaCha12 它的性能应该在 ChaCha8 和 ChaCha20 之间（可能更接近前者而不是后者）。
还有 rand::rngs 页面（从 crate 主页链接到两者，并显示在搜索结果中）指出，"StdRng 是为良好性能而选择的 CSPRNG和安全信任（基于评论、成熟度和使用情况）。当前的算法是 ChaCha12，它已经成熟并经过严格分析。StdRng 提供了ThreadRng 使用的算法，但没有定期重新播种。"

【解决方案2】：

用作默认 PRNG 的算法是 12 轮的 ChaCha。这在 ThreadRng 和 StdRng 中使用，这两者通常都是从系统的 CSPRNG 中播种的。

ChaCha12 与所有加密安全 PRNG 一样，通过了下一位测试。也就是说，给定 PRNG 的任意数量的输出，正确猜测下一位的概率比偶数要好得多，可以忽略不计。这是任何 PRNG 所能提供的最佳标准，并且比未通过此测试的 Mersenne Twister 好很多。

ChaCha 通常非常快，对于大多数用途来说，ChaCha12 是一个不错的选择。如果需要更强大的密码安全性，ChaCha20（即 20 轮的 ChaCha）是最保守的。 ChaCha 最著名的攻击是七轮。

如果您只需要快速、非加密的 PRNG，ChaCha8 是一个不错的选择。它通常比几乎所有其他 PRNG 都快，包括在我的测试中，PCG 和 Xoshiro256++（这是当前的SmallRng），并且仍然被认为是加密安全的（因此通过了下一位测试），但由于低安全边际，这将不是加密使用的负责任选择。然而，由于它的速度和统计特性，它对于大多数其他用途来说是一个不错的选择。

【讨论】：