电脑取随机数是什么原理，是真正的随机数吗？

Posted on by 落落

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，以下摘自知乎网

  • 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），确实都只是伪随机。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

凄凄长夜，萧萧风雪。落叶飘零，伴我天明。

26 Replies to “电脑取随机数是什么原理，是真正的随机数吗？”

  2. 我觉得电脑的不是真随机数，就比如我听一首歌，设置为随机播放，播放完第一首后接着随机第二首，然后返回还是第一首，足以见得

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    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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      2. 这个还真的可以肯定，我的mp3就是这样的。每次听到熟悉的歌曲可以预见出下一首，哈哈，真神奇。

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