os.urandom 使用 Python 的 random 模块是否有可预测的替代品？答案

【问题标题】：Is there a predictable replacement for os.urandom using Python's random module?os.urandom 使用 Python 的 random 模块是否有可预测的替代品？
【发布时间】：2016-09-18 06:55:32
【问题描述】：

我希望得到 n 个随机字节作为一个或多个字节数组，就像 os.urandom 所做的那样。

但是我需要能够设置一个随机种子，以便该值是可重现的。

def urandom_from_random(rng, length):
    return bytes([rng.randint(0, 255) for i in range(length)])

import random
rng = random.Random(42)
data = urandom_from_random(rng, 120)
print(data)

上面的脚本有效，但效率不高。

除了创建许多整数并将它们转换为字节之外，还有更直接的方法吗？

注意：

让 urandom 返回可预测的结果是 possible on Linux，但需要 root 访问权限。

【问题讨论】：

标签： python-3.x random

【解决方案1】：

我认为random 中最接近您想要的功能是getrandbits。它返回一个具有请求位数的整数。如果你想把它变成一个bytes 实例，你可以使用int.to_bytes。

这是一个将这两者配对的快速函数：

def urandom_from_random(rng, length):
    if length == 0:
        return b''
    integer = rng.getrandbits(length * 8)
    result = integer.to_bytes(length, sys.byteorder)
    return result

您指定给to_bytes 的字节顺序无关紧要。我告诉它使用系统的本机字节顺序，但我实际上不知道这是否会比其他方式更快。

【讨论】：

random.getrandbits() 在内部使用“little endian”来组合由 Mersenne Twister 算法 (MT19937) 生成的 32 位字。不知道对什么有影响
这受到 int 的最大大小的限制，如果值很大，则会引发异常 OverflowError: signed integer is greater than maximum。
您需要请求多少字节才能获得该异常？ Python 的 int 类型的大小是可变的，因此无论涉及的大小如何，它都应该可以正常工作。我测试了高达一万的length 值，没有任何问题。您是在运行我的实际代码还是一些变体？你确定你没有引入任何错误吗？你提到的例外是int.to_bytes 如果你给它一个太短的字节长度而不是你调用它的int 值会引发什么。
在这种情况下，问题在于 getrandbits 的 C 代码如何处理 size 参数。它将位数解析为普通的 C int，在我的 64 位系统上仍然只有 32 位。我刚刚测试了一个实现补丁，使它使用ssigned_t 类型，并且确实允许更大的值。实际上，它允许值比我实际处理的内存大得多（因此对于某些值，我得到MemoryErrors 而不是OverflowErrors）。
我已将此作为（次要）错误报告给 Python 核心开发人员：bugs.python.org/issue27072 因为它可能仅适用于 Windows 64 位版本（其中 int 和 size_t 有不同大小），并且仅在请求非常愚蠢的随机数据时，我不确定它的优先级有多高。

【解决方案2】：

这是@Blckknght 答案的修改版本，它考虑了getrandbits 中的内部INT_MAX 限制。

def urandom_from_random(rng, length):
    if length == 0:
        return b''

    import sys
    chunk_size = 65535
    chunks = []
    while length >= chunk_size:
        chunks.append(rng.getrandbits(
                chunk_size * 8).to_bytes(chunk_size, sys.byteorder))
        length -= chunk_size
    if length:
        chunks.append(rng.getrandbits(
                length * 8).to_bytes(length, sys.byteorder))
    result = b''.join(chunks)
    return result

使用示例：

import random 
rng = random.Random(42)
print(len(urandom_from_random(rng, 300000000)))

【讨论】：

【解决方案3】：

在代码开头使用种子：

import random
random.seed(7)
rng = random.Random(42)
data = urandom_from_random(rng, 120)

只要您在种子中使用 7，您就有相同的随机选择。然后您可以将其更改为任何值。

【讨论】：

random.seed(7) 不是必需的。该脚本可以按原样运行，澄清了我的问题。