汇编语言中的伪随机生成器答案

【问题标题】：Pseudorandom generator in Assembly Language汇编语言中的伪随机生成器
【发布时间】：2010-09-10 13:12:26
【问题描述】：

我需要一个伪随机数生成器算法用于课程中分配的汇编程序，我更喜欢简单的算法。但是，我不能使用外部库。

什么是一个好的、简单的汇编伪随机数生成器算法？

【问题讨论】：

你能解释一下这是干什么用的吗？加密、游戏和随机算法确实有不同的要求和权衡。

标签： algorithm assembly prng

【解决方案1】：

用于测试的简单代码，不要与 Crypto 一起使用

来自测试计算机软件，第 138 页

使用 32 位数学，您不需要操作 MOD 2^32

RNG = (69069*RNG + 69069) MOD 2^32

【讨论】：

【解决方案2】：

使用masm615编译：

delay_function macro
    mov cx,0ffffh
.repeat
    push cx
    mov cx,0f00h
    .repeat
        dec  cx
        .until cx==0
    pop cx
    dec cx
    .until cx==0
endm

random_num macro
   mov  cx,64    ;assum we want to get 64 random numbers
   mov  si,0

get_num:    
   push cx
   delay_function    ;since cpu clock is fast,so we use delay_function
   mov  ah,2ch  
   int  21h
   mov  ax,dx     ;get clock 1/100 sec
   div  num       ;assume we want to get a number from 0~num-1
   mov  arry[si],ah   ;save to array you set
   inc  si
   pop  cx
   loop get_num   ;here we finish the get_random number

【讨论】：

【解决方案3】：

为什么不使用外部库？？？那个轮子已经发明了几百次了，为什么还要重复呢？

如果您需要自己实现 RNG，您是否需要按需生成数字 - 即您是在实现 rand() 函数 - 还是需要生成随机数流 - 例如用于内存测试？

您需要加密强度的 RNG 吗？在它重复之前需要多长时间？您是否必须绝对、肯定地保证所有位的均匀分布？

这是我几年前使用的简单技巧。我在嵌入式工作，我需要在上电时测试 RAM，我想要非常小的、快速的代码和非常少的状态，我这样做了：

从种子的任意 4 字节常量开始。
计算这 4 个字节的 32 位 CRC。这给了你接下来的 4 个字节
将这 4 个字节反馈到 CRC32 算法中，就好像它们已被附加一样。这 8 个字节的 CRC32 是下一个值。
随意重复。

这需要很少的代码（尽管您需要一个用于 crc32 函数的表）并且具有很少的状态，但是伪随机输出流在重复之前有很长的循环时间。此外，它不需要处理器上的 SSE。假设你手边有 CRC32 函数，实现起来很简单。

【讨论】：

【解决方案4】：

嗯 - 由于我没有看到对旧的线性反馈移位寄存器的引用，我发布了一些基于 SSE 内在 C 代码。只是为了完整性。几个月前我写了那件事来再次提高我的 SSE 技能。

#include <emmintrin.h>

static __m128i LFSR;

void InitRandom (int Seed)
{
  LFSR = _mm_cvtsi32_si128 (Seed);
}

int GetRandom (int NumBits)
{
  __m128i seed = LFSR;
  __m128i one  = _mm_cvtsi32_si128(1);
  __m128i mask; 
  int i;

  for (i=0; i<NumBits; i++)
  {

    // generate xor of adjecting bits
    __m128i temp = _mm_xor_si128(seed, _mm_srli_epi64(seed,1));

    // generate xor of feedback bits 5,6 and 62,61
    __m128i NewBit = _mm_xor_si128( _mm_srli_epi64(temp,5),
                                    _mm_srli_epi64(temp,61));

    // Mask out single bit: 
    NewBit = _mm_and_si128 (NewBit, one);

    // Shift & insert new result bit:
    seed = _mm_or_si128 (NewBit, _mm_add_epi64 (seed,seed));
  }

  // Write back seed...
  LFSR = seed;

  // generate mask of NumBit ones.
  mask = _mm_srli_epi64 (_mm_cmpeq_epi8(seed, seed), 64-NumBits);

  // return random number:
  return _mm_cvtsi128_si32 (_mm_and_si128(seed,mask));
}

将这段代码翻译成汇编程序很简单。只需用真正的 SSE 指令替换内在函数并在其周围添加一个循环。

顺便说一句 - 此代码生成的序列在 4.61169E+18 个数字之后重复。这比您通过主要方法和 32 位算术获得的要多得多。如果展开它也会更快。

【讨论】：

【解决方案5】：

简单的方法是选择两个大的相对素数 a 和 b，然后继续将随机数乘以 a 并添加 b。使用模运算符将低位保留为您的随机数，并为下一次迭代保留完整值。

此算法称为linear congruential generator。

【讨论】：

你不应该只是随机选择 2 个相对质数。有些对比其他对工作得更好。正如其他人所指出的，这种技术对于加密用途来说不够好。
实际上很容易（当然不使用 asm）来反转 a 和 b 的值。我的加密课程让我这样做。

【解决方案6】：

@jjrv
您所描述的实际上是一个线性同群生成器。最随机位是最高位。要从 0..N-1 中获得一个数字，您将整个值乘以 N（32 位乘以 32 位，得到 64 位）并使用高 32 位。

您不应该只为 a 使用任何数字（从一个完整值到下一个完整值的乘数），Knuth 中推荐的数字（表 1 第 3.3.4 节 TAOCP vol 2 1981）是 1812433253 , 1566083941, 69069 和 1664525。

您可以为 b 选择任何奇数。（加法）。

【讨论】：

LCG 使用模运算符。这会保留低位，而不是高位。
jjrv 的生成器是 x=(x*a+b) % (232)。 [模 232 由硬件隐式完成]。然后他返回 r=x % N。这只是范围缩小（如果他正在模拟骰子，N 可能是 6）。在提到的 Knuth (3.6 vi) 和维基百科（“另一个问题..”）中，最低位不是很随机

【解决方案7】：

线性同余 (X = AX+C mod M) PRNG 可能是分配给汇编程序课程的好方法，因为您的学生将不得不处理 2^31 以上的中间 AX 结果的进位位并计算模数。如果您是学生，它们在汇编程序中实现起来相当简单，并且可能是讲师的想法。

【讨论】：

【解决方案8】：

The Art of Computer Programming 的第 2 卷有很多关于伪随机数生成的信息。这些算法在汇编程序中进行了演示，因此您可以自己查看汇编程序中最简单的算法。

但是，如果您可以链接到外部库或目标文件，那将是您最好的选择。然后你可以链接到，例如，Mersenne Twister。

请注意，大多数伪随机数生成器对于加密来说是不安全的，因此如果您需要安全的随机数生成，则需要超越基本算法（并且可能应该利用特定于操作系统的加密 API )。

【讨论】：

【解决方案9】：

您也可以在不同位之间使用 XOR 和元素来模拟移位寄存器，这将为您提供伪随机数字序列。

【讨论】：