如何产生好种子答案

【问题标题】：How to generate a good seed如何产生好种子
【发布时间】：2019-08-20 12:09:36
【问题描述】：

我正在寻找一种方法来生成一个好的种子，以便在同时开始的进程中生成不同系列的随机数。我想避免使用数学或加密库之一，因为我非常频繁地选择随机数并且我的 cpu 资源非常有限。

我找到了几个设置种子的例子。我使用以下方法对其进行了测试：

从 5000 个选项中选择 100 个随机数的短程序。所以每个值都有 2% 的机会被选中。
运行这个程序 100 次，所以理论上，在一个真正随机的环境中，所有可能的值都应该至少选择一次。
计算根本未选择的值的数量。

这是我使用的 perl 代码。在每个测试中，我只选择一种生成种子的方法：

#!/usr/bin/perl
#$seed=5432;
#$seed=(time ^ $$);
#$seed=($$ ^ unpack "%L*", `ps axww | gzip -f`);
$seed=(time ^ $$ ^ unpack "%L*", `ps axww | gzip -f`);

srand ($seed);

for ($i=0 ; $i< 100; $i++) {
        printf ("%03d \n", rand (5000)+1000);
}

我运行程序 100 次并计算未选择的值：

# run the program 100 times
for i in `seq 0 99`; do /tmp/rand_test.pl ; done  > /tmp/list.txt
# test 1000 values (out of 5000). It should be good-enough representation.
for i in `seq 1000 1999`; do echo -n "$i  "; grep -c $i /tmp/list.txt; done   | grep " 0" | wc -l

表格显示了测试的结果（值越小越好）：

count      Seed generation method
114    default - the line: "srand ($seed);" is commented ou
986    constant seed (5432)
122    time ^ $$
125    $$ ^ unpack "%L*", `ps axww | gzip -f`
163    time ^ $$ ^ unpack "%L*", `ps axww | gzip -f`

恒定种子方法显示未选择 986 或 1000 个值。换言之，仅选择了 1.4% 的可能值。这足以接近预期的 2%。

但是，我预计在少数地方推荐的最后一个选项会明显优于默认选项。

有没有更好的方法为每个进程生成种子？

【问题讨论】：

您的应用程序中是否需要可重复的“随机性”？您将生成的随机数将如何使用？
没有。为了获得可重复的“随机性”，我可以简单地使用相同的种子。
您能否回答我的另一个问题：您生成的随机数将如何使用？如果这些数字会以任何方式提高信息安全性（例如，它们用作随机密码、随机数或加密密钥），那么您应该简单地使用加密 RNG（例如 Perl 中的Crypt::URandom）并生成 随机数字 用它而不是 seeds。
使用随机数我将组成一个“用户名”：$user_name_to_fetch = sprintf("name%015d", rand($max_user_id)); 从数据库中查询。我想通过在多个客户端进程中运行查询，在最短的时间内覆盖大多数数据库。如何使用Crypt::URandom 生成随机数？它生成随机字符串。
地穴::随机::种子。试一试，并使用 TESHA2-strong 方法对其性能进行基准测试/分析。如果您只在需要种子时调用它，它可能会非常快。播种 RNG 后，在可预见的未来您不必再次播种。

标签： perl random random-seed

【解决方案1】：

不要生成种子。让 Perl 为你做这件事。不要调用srand（如果你这样做的话，也不要在没有参数的情况下调用它）。

引用srand，

如果 srand 没有被显式调用，它会在第一次使用 rand 运算符时被隐式调用而没有参数

和

当使用参数调用时，srand 将其用作种子；否则它（半）随机选择一个种子。

它不只是将时间用作种子。

$ perl -M5.014 -E'say for srand, srand'
2665271449
1007037147

【讨论】：

【解决方案2】：

我非常频繁地选择随机数，我的 cpu 资源非常有限。

您甚至在进行测量之前就担心了。

有没有更好的方法为每个进程生成种子？

Yes.你必须离开容易被操纵的用户空间。只需使用Crypt::URandom。

对于任何目的都是安全的，包括获取种子。
它将为每个操作系统 (see source code) 使用内核 CSPRNG，从而避免上述文章中显示的问题。
它不受documented rand weakness的影响。

【讨论】：

tnx.非常有趣的参考。当我在documented rand weakness 中测试代码时，它返回了 1000000。当我将映射更改为：my %r = map { int(rand(1_000_000)) => undef } 1 .. 1_000_000; 时，它开始返回大约 632K 的值。
我看了Crypt::URandom。如何将 N 字节长字符串转换为 00 .. X 范围内的整数？
将字节视为 N 位的 256 位自然数。除以 256**N（最大 val）得到 0..1 之间的有理数。乘以 X 得到 0..X 之间的有理数。 use bignum qw(hex); use Crypt::URandom qw(urandom); my $N = 10; my $X = 10_000; my $bigint = hex unpack 'H*', urandom $N; my $smallrat = $bigint / 256**$N; print $smallrat * $X;
@Yuval “rand 弱点”仅适用于 microsoft windows（实际上，并非如此，但其他内置 rand 实现的弱点要少得多）

【解决方案3】：

您的目标似乎是如何生成随机数，而不是如何生成种子。在大多数情况下，只需使用加密 RNG（例如 Perl 中的 Crypt::URandom）来生成您想要的随机数，而不是为另一个 RNG 生成种子。（通常，加密 RNG 会为您处理播种和其他问题。）您不应使用较弱的 RNG，除非——

您生成的随机值不涉及信息安全（例如，随机值既不是密码，也不是随机数，也不是加密密钥），并且
要么——
- 您关心可重复的“随机性”（这里不是这种情况），或者
- 您已测量应用程序的性能并发现随机数生成是性能瓶颈。

由于您将生成随机名称以查询可能位于远程位置的数据库，因此随机数生成本身不太可能成为性能瓶颈。

【讨论】：