Wie funktionieren Zufallszahlengeneratoren?

Ich habe nur über die PHP- rand()Funktion nachgedacht und darüber nachgedacht, wie ich sie neu erstellen könnte, und bin völlig verblüfft aufgetaucht.

Wie funktionieren Zufallszahlengeneratoren?

Zufallszahlengeneratoren (Random Number Generators, RNGs) generieren tatsächlich Pseudozufallszahlen, da es unmöglich ist, tatsächlich eine WIRKLICHE Zufallszahl zu generieren. Die einzigen wirklich wirklich zufälligen Dinge sind Taten Gottes, wie der Blitz.

Dieser Wikipedia-Artikel kann Ihnen möglicherweise bei der Erklärung helfen: http://en.wikipedia.org/wiki/Random_number_generators

Soweit ich weiß, gibt es im Grunde genommen zwei Teile eines RNG: den Samen und dann die Zufallszahl, die aus diesem Samen ausgewählt wurde. Wenn Sie das RNG aussäen, geben Sie es einem Startpunkt gleich. Dieser Startpunkt enthält dann eine Reihe von Zahlen, die sich "im Inneren" befinden, aus denen das Programm auswählt. In PHP können Sie srand () verwenden, um die Seeds zu "mischen", sodass Sie fast immer eine andere Antwort erhalten. Sie können dann rand (min, max) verwenden, um in den Startwert einzusteigen und eine Zahl zwischen min und max (einschließlich) auszuwählen.

WARNUNG, MÖGLICHE KÄSEANALOGIE VORAUS!

Stellen Sie sich jeden Samen als eine Eiskiste vor und dann die Zufallszahlen als Eiswürfel. Angenommen, Sie haben 1000 Eistruhen und jede Truhe enthält 1000 Eiswürfel. Auf dem Jahrmarkt wählen sie eine Kühltruhe aus, um Getränke zuzubereiten, und sie können nur einen Eiswürfel verwenden. Sie benötigen jedoch nur Eiswürfel, die größer als 1 Kubikzoll sind. Also wählen sie zufällig eine Truhe aus diesen 1000 Truhen aus und dann wählen sie zufällig einen Eiswürfel in dieser Truhe aus. Wenn es für die gewünschte Größe funktioniert, wird es verwendet. Wenn nicht, legen sie es mit den anderen in die Truhe zurück. Wenn sie es ein bisschen lustiger machen wollen, tauschen sie vorher die Truhen aus, damit sie nichts merken, wenn man so will!

Was die physische Auswahl des Ausgangs und der Zufallszahl durch PHP angeht, so habe ich nicht genug Wissen darüber (worüber Sie sich wahrscheinlich am meisten gewundert haben!). Ich würde nicht versuchen, die rand () - Funktion zu wiederholen. Für die meisten webbasierten Anwendungen, die Sie erstellen, sollte rand () für jede beliebige Zahl ausreichen, die Sie benötigen.

Schauen Sie sich auch lineare Kongruenzgeneratoren an. Vielleicht suchen Sie mehr danach, wenn Sie die schmutzigen Details sehen möchten: http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_congruential_generator

Hoffe das hilft!

Sie sind normalerweise nicht wirklich zufällig, sondern werden als Pseudozufall bezeichnet, da sie eine zufällig erscheinende Zahlenfolge erzeugen. Dies geschieht mit einigen interessanten mathematischen Formeln. Einer der häufigsten ist der lineare Kongruenzgenerator .

Pseudozufallszahlen haben eine nützliche Eigenschaft, die echte Zufallszahlen nicht haben: Wenn Sie beim Start denselben Startwert verwenden, erhalten Sie eine identische Sequenz zurück. Dies kann zum Testen sehr praktisch sein.

Fragen Sie nach Pseudozufall oder Zufall? Andere antworteten über Pseudozufall, lassen Sie mich über Random sprechen.

Es gab (gibt?) Tatsächlich hardwarebasierte Zufallszahlengeneratoren im Verkauf. Sie basierten auf einem Chip mit einem kleinen Radio, der das weiße Rauschen der Strahlung im Weltraum misst, oder einer kleinen radioaktiven Probe und Messperioden zwischen deren Zerfall. Das Problem bei ihnen war die Bandbreite - die Menge an Entropie, die sie erzeugen konnten, war nicht sehr hoch, so dass sie für Keime von Pseudozufallsalgorithmen verwendet wurden. Sie wurden in Banksystemen, Hochsicherheitssystemen und dergleichen eingesetzt.

OTOH, wenn Sie einen Embedded-Systementwickler treffen, wird dieser darüber lachen. Für übliche Zwecke bei der Programmierung eines Mikrocontrollers führt das Lesen niedriger 4-Bit-Werte eines 16-Bit-Analog-Digital-Wandlers mit einem potentialfreien (nicht verbundenen) Pin zu einem einwandfreien Zufallsrauschen bei mehr als ausreichender Bandbreite (je kürzer die Abfragezeit, desto mehr). laut "das Auslesen) und einfacher als das Schreiben der eigentlichen RNG-Routine. Und wenn man bedenkt, dass ADCs häufig in Silizium von Mikrocontrollern implementiert sind, häufig implementiert und häufig mit 8 Kanälen implementiert sind, von denen Sie möglicherweise 5 für Ihre Anwendung benötigen, ist dies praktisch kostenlos.

Und selbst wenn Sie keinen ADC haben, erzeugen einige Elemente, die an einen digitalen GPIO-Pin angeschlossen sind, ein ziemlich gutes Rauschen. In embedded ist Rauschen allgegenwärtig (und wird ständig bekämpft), so dass es sehr einfach ist, echte Zufälligkeiten zu erhalten.

Es gibt viele Möglichkeiten, eine "zufällige" Folge von Zahlen zu emulieren. Ihr erster Halt sollte sicher sein, über lineare Kongruenzgeneratoren zu lesen . So funktionieren die meisten einfachen Zufallszahlengeneratoren, und ich wette, so funktioniert die rand () - Funktion von PHP.

Die interessantere nächste Frage ist, wie es sich selbst aussät. Zeit? IP Adresse? etc.

Erstens rand()liefern praktisch alle Funktionen keine echte Zufälligkeit, sondern sogenannte Pseudozufallszahlen.

Wie funktionieren Pseudozufallszahlengeneratoren? Grundsätzlich funktioniert die Verschlüsselung so: Sie haben eine Funktion (einen Hash), der Eingaben entgegennimmt und Ausgaben auf eine so komplexe Weise erzeugt, dass es unmöglich ist, die Eingabe von der Ausgabe zu erraten oder umgekehrt. Das heißt, jeder Chiffrier kann verwendet werden, um einen ziemlich guten Pseudozufallsgenerator zu erzeugen. Während Sie im Prinzip jeden Pseudo-Zufallsgenerator für die Verschlüsselung verwenden könnten, sind die meisten Pseudo-Zufallszahlengeneratoren in erster Linie für die Geschwindigkeit und nicht für die kryptografische Sicherheit entwickelt worden, sodass sie Hackern keine Kopfschmerzen bereiten.

Für einen Pseudozufallsgenerator wird die Hash-Funktion auf einen verborgenen internen Zustand des Generators angewendet, und seine Ausgabe wird verwendet, um a) diesen internen Zustand zu modifizieren und b) die Ausgabe der rand()Funktion zu berechnen . Der nächste Aufruf von rand()wird diesen geänderten internen Zustand verwenden und somit ein anderes Ergebnis erzeugen. Je besser die Hash-Funktion ist, desto weniger können die Ergebnisse von echten Zufallszahlen unterschieden werden.

Tatsächlich haben Computer heutzutage Zugang zu reellen Zufallszahlen: Sie entstehen durch Jitter beim Timing von Interrupts, die von externen Geräten erzeugt werden. Linux verwendet diese Werte geringer Unsicherheit, um ständig einen "Entropie-Pool" aufzubauen, der nur wenige Kilobyte des internen Zustands beträgt. Kryptografische Hashes, die auf diesem Entropiepool basieren, werden über die Geräte /dev/randomund zur /dev/urandomVerfügung gestellt. Der Zugriff auf einige wirklich sehr gute Zufallszahlen ist also so einfach wie das Öffnen eines dieser beiden Geräte und das Lesen einiger Bytes von ihnen.

Zufallszahlen sind Zahlen, die von dem Prozess generiert werden, dessen Ausgabe nicht vorhersehbar ist. dh wir können nicht sagen, was als nächstes ausgegeben wird. Wir können ein einfaches Beispiel für das Ergebnis der Würfel nehmen. Was ausgegeben wird, wenn wir einen Würfel werfen, ist unvorhersehbar.

Es gibt zwei Arten von Zufallszahlen: 1. Echte Zufallszahlen 2. Pseudo-Zufallszahlen.

Wie Zufallszahlen erzeugt werden