【原创】开源Math.NET基础数学类库使用(14)C#生成安全的随机数

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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：　　

 1 using System;

 2 using System.IO;

 3 using System.Text;

 4 using System.Security.Cryptography;

 5 

 6 class RNGCSP

 7 {

 8     public static void Main()

 9     {      

10         for(int x = 0; x <= 30; x++)

11             Console.WriteLine(RollDice(6));

12     }

13     

14     public static int RollDice(int NumSides)

15     {    

16         byte[] randomNumber = new byte[1];

17 

18         RNGCryptoServiceProvider Gen = new RNGCryptoServiceProvider();

19 

20         Gen.GetBytes(randomNumber);

21 

22         int rand = Convert.ToInt32(randomNumber[0]);

23 

24         return rand % NumSides + 1;

25     }

26 }

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：

  1 public sealed class CryptoRandomSource : RandomSource, IDisposable

  2 {

  3     const double Reciprocal = 1.0/uint.MaxValue;

  4     readonly RandomNumberGenerator _crypto;

  5 

  6     /// <summary>

  7     /// Construct a new random number generator with a random seed.

  8     /// </summary>

  9     /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/> and uses the value of

 10     /// <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks>

 11     public CryptoRandomSource()

 12     {

 13         _crypto = new RNGCryptoServiceProvider();

 14     }

 15 

 16     /// <summary>

 17     /// Construct a new random number generator with random seed.

 18     /// </summary>

 19     /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param>

 20     /// <remarks>Uses the value of  <see cref="Control.ThreadSafeRandomNumberGenerators"/> to set whether the instance is thread safe.</remarks>

 21     public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng)

 22     {

 23         _crypto = rng;

 24     }

 25 

 26     /// <summary>

 27     /// Construct a new random number generator with random seed.

 28     /// </summary>

 29     /// <remarks>Uses <see cref="System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider"/></remarks>

 30     /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param>

 31     public CryptoRandomSource(bool threadSafe) : base(threadSafe)

 32     {

 33         _crypto = new RNGCryptoServiceProvider();

 34     }

 35 

 36     /// <summary>

 37     /// Construct a new random number generator with random seed.

 38     /// </summary>

 39     /// <param name="rng">The <see cref="RandomNumberGenerator"/> to use.</param>

 40     /// <param name="threadSafe">if set to <c>true</c> , the class is thread safe.</param>

 41     public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng, bool threadSafe) : base(threadSafe)

 42     {

 43         _crypto = rng;

 44     }

 45 

 46     /// <summary>

 47     /// Returns a random number between 0.0 and 1.0.

 48     /// </summary>

 49     /// <returns>

 50     /// A double-precision floating point number greater than or equal to 0.0, and less than 1.0.

 51     /// </returns>

 52     protected override sealed double DoSample()

 53     {

 54         var bytes = new byte[4];

 55         _crypto.GetBytes(bytes);

 56         return BitConverter.ToUInt32(bytes, 0)*Reciprocal;

 57     }

 58 

 59     public void Dispose()

 60     {

 61 #if !NET35

 62         _crypto.Dispose();

 63 #endif

 64     }

 65 

 66     /// <summary>

 67     /// Fills an array with random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0.

 68     /// </summary>

 69     /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks>

 70     public static void Doubles(double[] values)

 71     {

 72         var bytes = new byte[values.Length*4];

 73 

 74 #if !NET35

 75         using (var rnd = new RNGCryptoServiceProvider())

 76         {

 77             rnd.GetBytes(bytes);

 78         }

 79 #else

 80         var rnd = new RNGCryptoServiceProvider();

 81         rnd.GetBytes(bytes);

 82 #endif

 83 

 84         for (int i = 0; i < values.Length; i++)

 85         {

 86             values[i] = BitConverter.ToUInt32(bytes, i*4)*Reciprocal;

 87         }

 88     }

 89 

 90     /// <summary>

 91     /// Returns an array of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0.

 92     /// </summary>

 93     /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks>

 94     [TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")]

 95     public static double[] Doubles(int length)

 96     {

 97         var data = new double[length];

 98         Doubles(data);

 99         return data;

100     }

101 

102     /// <summary>

103     /// Returns an infinite sequence of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0.

104     /// </summary>

105     /// <remarks>Supports being called in parallel from multiple threads.</remarks>

106     public static IEnumerable<double> DoubleSequence()

107     {

108         var rnd = new RNGCryptoServiceProvider();

109         var buffer = new byte[1024*4];

110 

111         while (true)

112         {

113             rnd.GetBytes(buffer);

114             for (int i = 0; i < buffer.Length; i += 4)

115             {

116                 yield return BitConverter.ToUInt32(buffer, i)*Reciprocal;

117             }

118         }

119     }

120 }

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