討厭的人類居然讓我們擲骰子，這實在太難了！
周末的深夜，Linux老大發(fā)布了緊急會議通知，召集CPU、內(nèi)存、硬盤等所有硬件，以及git、 vim、瀏覽器、c、 Java等所有軟件參會。
老大對深夜打擾大家深表歉意，表示春節(jié)快來了，到時候一定讓大家好好休息，然后就進入中心議題：人類要求我們學會“擲骰子”，該怎么辦?
內(nèi)存表示不解：為啥?想讓我們賭錢玩嗎?我們這兒可沒有骰子!
Linux老大：其實不是真正的擲骰子，是生成隨機數(shù)，隨機數(shù)在我們計算機里用途極為廣泛，生成密鑰，進行通信，生成鹽(salt)...... 不可能指望人去手工操作。
vim笑道：生成隨機數(shù)? 這太簡單了，讓新手退出我vim就行了。
Linux老大：為啥?
vim: 哈哈，因為新手不知道怎么才能退出vim，就會瞎胡亂按一通， 非常隨機，這不就形成隨機數(shù)了嗎?!
CPU阿甘：這笑話夠冷的!
Linux老大：口頭警告vim一次，嚴肅點兒， 生成隨機數(shù)是非常重要的事情，人類要求：
1. 要雜亂無章
2. 不能預(yù)測，不能根據(jù)已經(jīng)生成的隨機數(shù)，推測出下一個隨機數(shù)是啥
3. 不能重現(xiàn)， 無法重現(xiàn)和某一隨機數(shù)列完全相同的數(shù)列
聽到此處，大家都吸了一口冷氣，這要求夠高的!人類通過擲骰子可以達到這個要求，但是計算機里都是確定的算法和程序，這該怎么辦?
C老頭兒說：我提一個方案，我聽說人類有個算法，叫做什么線性同余算法，似乎可以生成隨機數(shù)。
C老頭兒寫下了一個公式：
內(nèi)存想起和CPU阿甘折騰過的遞歸函數(shù)調(diào)用，說到：“看到遞歸我就頭暈。”
C老頭說：這個算法很簡單，A, C, M 都是精心挑選的整數(shù)，使用者在生成隨機數(shù)之前，先選一個種子(seed)，比如說用當前的時間戳當作種子，我們用簡單的數(shù)字做個實驗， 讓A = 11 , C =5, M = 13, seed = 15
“看看，是不是挺隨機的!” C老頭兒挺得意。
Java 說：“這個算法很簡單嘛，效果也不錯，我也實現(xiàn)一下，放到我的java.util.Random當中吧。”
C老頭說：“我就放到我的srand函數(shù)和rand函數(shù)里。srand用來設(shè)定‘種子’，rand用來獲取下一個隨機數(shù)。”
- srand((unsigned) time(&t));
- // 輸出5個隨機數(shù)
- for(int i=1 ;i<=5; i++){
- printf("%d\n", rand());
- }
Java說：“看看，還是面向?qū)ο蠛冒桑业腞andom類封裝了內(nèi)部狀態(tài)，用戶只需要在創(chuàng)建Random對象的時候把種子傳進去(不傳也行，我自己默認給它設(shè)置一個)，然后就nextInt()方法就可以了。多簡單!”
- Random r = new Random();
- for(int i=1; i<=5; i++){
- System.out.println(r.nextInt());
- }
C老頭兒正要反擊自以為是的Java， CPU阿甘又發(fā)言了：“不對啊，你這個隨機數(shù)不符合我們老大的要求啊，這不是真正的隨機數(shù)，這是偽隨機數(shù)!”
C老頭兒馬上把注意力轉(zhuǎn)移到阿甘身上：“憑什么說這是偽隨機數(shù)?”
CPU阿甘說：“老大說了，要不可預(yù)測，但是你這公式，我如果知道了上一個隨機數(shù)，下一個隨機數(shù)我自己代入那個公式就可以計算出來了，在我這里，一毫秒都用不了，完全可以預(yù)測。”
阿甘此言不虛，他的速度是整個計算機系統(tǒng)最快的。
"還有，你居然用當前時間做種子，那我也用同樣的時間做種子，豈不是可以生成和你一模一樣的隨機數(shù)隊列?完全可以重現(xiàn)啊。”
C老頭兒連續(xù)挨了兩記悶棍，嘴里嘟囔著，但也說不出話來了。
Linux老大趕緊和稀泥：“雖然是偽隨機數(shù)，但是這個算法非常簡單，對于那些對安全要求不高的場合，比如玩游戲的時候，還是非常有用的。我們再想想，怎么生成真正的隨機數(shù)吧!”
C老頭兒說到：要不這樣，我們可以使用Hash函數(shù)。
- R1 = hash(seed)
- seed = seed + 1
- R2 = hash(seed)
- seed = seed + 1
- R3 = hash(seed)
- seed = seed + 1
- R4 = hash(seed)
- ......
CPU阿甘說：“這個方法還行，在不知道種子(seed)的情況下，你給我一個隨機數(shù)，我是無法預(yù)測下一個的，因為隨機數(shù)是hash函數(shù)生成的，是個單向的過程。但是，如果我知道了種子，那就可以生成和你一模一樣的隨機數(shù)列，所以不滿足‘不可重現(xiàn)’的性質(zhì)。”
看來生成真正的隨機數(shù)太難了，大家都沉默了。
過了良久， vim突然說到：你們以為我說的是笑話，但是思路卻是可以借鑒啊?大家想想
用戶敲擊鍵盤的速度節(jié)奏是不是隨機的?
用戶的鼠標移動是不是隨機的?
網(wǎng)卡每秒發(fā)送的數(shù)據(jù)量是不是隨機的?
硬盤每秒寫入的數(shù)據(jù)是不是隨機的?
如果我們把這些隨機的東西給綜合起來......
Linux老大非常高興：“沒錯，我們可以把它們認為是機器運行的環(huán)境噪音，我把它們收集起來放到一個池子里......”
CPU阿甘馬上接口：“然后，可以用個Hash算法對這個池子中的內(nèi)容做個消息摘要，結(jié)果就是真隨機數(shù)了!雜亂無章，無法預(yù)測，無法重現(xiàn)。”
vim感覺有點不爽，這倆人也太會搶功勞了。
C老頭兒也頻頻點頭：“這個辦法妙啊，我可以修改一下我的rand函數(shù)，來獲得這個值......”
Linux老大：“別別，你的偽隨機數(shù)還是要保留，上周碼農(nóng)翻身公眾號剛剛說過，一切皆文件，我可以生成一個特殊的文件，就叫/dev/random吧，這樣程序員就可以使用最常用的open ,read等方法來調(diào)用了!”
Linux老大說完，又感慨了一句：“終于，我們學會擲骰子了!”
一天以后。
CPU阿甘興沖沖地跑來找Linux老大：老大，昨天忘了一件事，我的硬件就支持真正的隨機數(shù)生成啊，我可以利用電阻的熱噪聲來生成的，是真隨機數(shù)，用RdRand指令就能獲得。
Linux老大：這個硬件是你出生的時候就被植入了，是個黑盒子，如果NSA在里邊安裝了后門，怎么辦?
CPU阿甘看著自己的身體，愣住了......
【本文為51CTO專欄作者“劉欣”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權(quán)】
