开源Math.NET基础数学类库使用(14)C#生成安全的随机数
2015-04-23 08:55
756 查看
原文:【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(14)C#生成安全的随机数 本博客所有文章分类的总目录:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4288836.html
开源Math.NET基础数学类库使用总目录:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4329737.html
今天要介绍的是Math.NET中利用C#快速的生成安全的随机数。
如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301554.html
实际使用中,很多人对这个不在意,那么Random和安全的随机数有什么区别,什么是安全的随机数呢?
在许多类型软件的开发过程中,都要使用随机数。例如纸牌的分发、密钥的生成等等。随机数至少应该具备两个条件:
1. 数字序列在统计上是随机的。
2. 不能通过已知序列来推算后面未知的序列。
只有实际物理过程才是真正随机的。而一般来说,计算机是很确定的,它很难得到真正的随机数。所以计算机利用设计好的一套算法,再由用户提供一个种子值,得出被称为“伪随机数”的数字序列,这就是我们平时所使用的随机数。
这种伪随机数字足以满足一般的应用,但它不适用于加密等领域,因为它具有弱点:
1. 伪随机数是周期性的,当它们足够多时,会重复数字序列。
2. 如果提供相同的算法和相同的种子值,将会得出完全一样的随机数序列。
3. 可以使用逆向工程,猜测算法与种子值,以便推算后面所有的随机数列。
对于这个随机数发生器,本人深有体会,在研究生期间,我的研究方向就是 流密码,其中一个主要的课题就是 如何生成高安全性能的随机数发生器,研究了2年吧,用的是 混沌生成伪随机数,用于加密算法。.NET自带的Random类虽然能满足常规要求,但在一些高安全场合,是不建议使用的,因为其生成的随机数是可以预测和破解的。所以在.net中也提供了一个用于加密的RandomNumberGenerator。Math.NET就是该类的一个翻版。虽然其效率要比Random更低,但是更安全。
如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301519.html
开源Math.NET基础数学类库使用总目录:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4329737.html
前言
真正意义上的随机数(或者随机事件)在某次产生过程中是按照实验过程中表现的分布概率随机产生的,其结果是不可预测的,是不可见的。而计算机中的随机函数是按照一定算法模拟产生的,其结果是确定的,是可见的。我们可以这样认为这个可预见的结果其出现的概率是100%。所以用计算机随机函数所产生的“随机数”并不随机,是伪随机数。伪随机数的作用在开发中的使用非常常见,因此.NET在System命名空间,提供了一个简单的Random随机数生成类型。但这个类型并不能满足所有的需求,本节开始就将陆续介绍Math.NET中有关随机数的扩展以及其他伪随机生成算法编写的随机数生成器。今天要介绍的是Math.NET中利用C#快速的生成安全的随机数。
如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301554.html
1.什么是安全的随机数?
Math.NET在MathNet.Numerics.Random命名空间中的实现了一个基于System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator的安全随机数发生器。实际使用中,很多人对这个不在意,那么Random和安全的随机数有什么区别,什么是安全的随机数呢?
在许多类型软件的开发过程中,都要使用随机数。例如纸牌的分发、密钥的生成等等。随机数至少应该具备两个条件:
1. 数字序列在统计上是随机的。
2. 不能通过已知序列来推算后面未知的序列。
只有实际物理过程才是真正随机的。而一般来说,计算机是很确定的,它很难得到真正的随机数。所以计算机利用设计好的一套算法,再由用户提供一个种子值,得出被称为“伪随机数”的数字序列,这就是我们平时所使用的随机数。
这种伪随机数字足以满足一般的应用,但它不适用于加密等领域,因为它具有弱点:
1. 伪随机数是周期性的,当它们足够多时,会重复数字序列。
2. 如果提供相同的算法和相同的种子值,将会得出完全一样的随机数序列。
3. 可以使用逆向工程,猜测算法与种子值,以便推算后面所有的随机数列。
对于这个随机数发生器,本人深有体会,在研究生期间,我的研究方向就是 流密码,其中一个主要的课题就是 如何生成高安全性能的随机数发生器,研究了2年吧,用的是 混沌生成伪随机数,用于加密算法。.NET自带的Random类虽然能满足常规要求,但在一些高安全场合,是不建议使用的,因为其生成的随机数是可以预测和破解的。所以在.net中也提供了一个用于加密的RandomNumberGenerator。Math.NET就是该类的一个翻版。虽然其效率要比Random更低,但是更安全。
2..NET中使用RNGCryptoServiceProvider的例子
RNGCryptoServiceProvider的使用可以参考一个MSDN的例子:using System; using System.IO; using System.Text; using System.Security.Cryptography; class RNGCSP { public static void Main() { for(int x = 0; x <= 30; x++) Console.WriteLine(RollDice(6)); } public static int RollDice(int NumSides) { byte[] randomNumber = new byte[1]; RNGCryptoServiceProvider Gen = new RNGCryptoServiceProvider(); Gen.GetBytes(randomNumber); int rand = Convert.ToInt32(randomNumber[0]); return rand % NumSides + 1; } }
3.Math.NET中安全随机数类的实现
随机数生成器算法的实现基本都类似,这里就看一下Math.NET中安全的随机数生成器CryptoRandomSource类的实现:public sealed class CryptoRandomSource : RandomSource, IDisposable { const double Reciprocal = 1.0/uint.MaxValue; readonly RandomNumberGenerator _crypto; /// <summary> /// Construct a new random number generator with a random seed. /// </summary> /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/> and uses the value of /// <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks> public CryptoRandomSource() { _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); } /// <summary> /// Construct a new random number generator with random seed. /// </summary> /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param> /// <remarks>Uses the value of <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks> public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng) { _crypto = rng; } /// <summary> /// Construct a new random number generator with random seed. /// </summary> /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/></remarks> /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param> public CryptoRandomSource(bool threadSafe) : base(threadSafe) { _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); } /// <summary> /// Construct a new random number generator with random seed. /// </summary> /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param> /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param> public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng, bool threadSafe) : base(threadSafe) { _crypto = rng; } /// <summary> /// Returns a random number between 0.0 and 1.0. /// </summary> /// <returns> /// A double-precision floating point number greater than or equal to 0.0, and less than 1.0. /// </returns> protected override sealed double DoSample() { var bytes = new byte[4]; _crypto.GetBytes(bytes); return BitConverter.ToUInt32(bytes, 0)*Reciprocal; } public void Dispose() { #if !NET35 _crypto.Dispose(); #endif } /// <summary> /// Fills an array with random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. /// </summary> /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> public static void Doubles(double[] values) { var bytes = new byte[values.Length*4]; #if !NET35 using (var rnd = new RNGCryptoServiceProvider()) { rnd.GetBytes(bytes); } #else var rnd = new RNGCryptoServiceProvider(); rnd.GetBytes(bytes); #endif for (int i = 0; i < values.Length; i++) { values[i] = BitConverter.ToUInt32(bytes, i*4)*Reciprocal; } } /// <summary> /// Returns an array of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. /// </summary> /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> [TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")] public static double[] Doubles(int length) { var data = new double[length]; Doubles(data); return data; } /// <summary> /// Returns an infinite sequence of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. /// </summary> /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks> public static IEnumerable<double> DoubleSequence() { var rnd = new RNGCryptoServiceProvider(); var buffer = new byte[1024*4]; while (true) { rnd.GetBytes(buffer); for (int i = 0; i < buffer.Length; i += 4) { yield return BitConverter.ToUInt32(buffer, i)*Reciprocal; } } } }
4.资源
源码下载:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4264638.html如果本文资源或者显示有问题,请参考 本文原文地址:http://www.cnblogs.com/asxinyu/p/4301519.html
相关文章推荐
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(14)C#生成安全的随机数
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(12)C#随机数扩展方法
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(13)C#实现其他随机数生成器
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(12)C#随机数扩展方法
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(13)C#实现其他随机数生成器
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(03)C#解析Matlab的mat格式
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(04)C#解析Matrix Marke数据格式
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(05)C#解析Delimited Formats数据格式
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(08)C#进行数值积分
- 开源Math.NET基础数学类库使用(08)C#进行数值积分
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(10)C#进行基本数据统计
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(11)C#计算相关系数
- 开源Math.NET基础数学类库使用(03)C#解析Matlab的mat格式
- 开源Math.NET基础数学类库使用(04)C#解析Matrix Marke数据格式
- 开源Math.NET基础数学类库使用(08)C#进行数值积分
- 开源Math.NET基础数学类库使用(10)C#进行基本数据统计
- 开源Math.NET基础数学类库使用(11)C#计算相关系数
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(15)C#计算矩阵行列式
- 开源Math.NET基础数学类库使用(15)C#计算矩阵行列式
- 【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(16)C#计算矩阵秩