真實隨機數如何產生？為什麼說真實隨機數可以抵抗惡意攻擊？

01-30

謝邀，

先舉個例子說明隨機數的攻擊是什麼，2000年的時候，神舟大地還非常時興各種電話卡（充值卡或或者IP電話卡等）。電話卡都是不記名的，用的是一串卡號，一串密碼，卡號一般是一個序列，密碼一般是通過隨機數生成的。當時就出過案子，有人買的電話卡發現沒錢了報案。電信一查，發現被盜打了或者提前註冊了，一些破獲的案件說明，有些「」聰明人「發現了密碼規律，自己買一兩張卡，就能生成一堆卡的密碼（卡號就是序列）。」

為什麼呢，因為偽隨機數演算法以及演算法使用的問題，

大部分隨機數演算法都有一個循環長度問題，市面上大部分random函數的隨機數的循環長度都是2^32，而且其實常用的就哪幾種，都是線性取余的方式。大體實現是

隨機數 = 種子 * 大數1 % 數字2 + 數字3;

種子= 隨機數;

什麼是循環長度呢，就是第一次產生的數值是A，第二次產生的數值是B，經過這個循環長度後，取得的數值又是A，下一個又是B。線性取余的演算法特點就決定了這個問題。

所以如果你買了2張卡，你就可以計算得到這個隨機序列的種子，那麼這個序列你也就知道。那後面的密碼你就都知道了。

而如果你有真隨機數，兩個數據間是沒有任何演算法可以關聯的。當然這個卡號和密碼就絕對安全了。

當然其實即使是最普通的random函數，你加入干擾，比如一次用N次結果的數據拼湊起來，也可以大大提高破解的難度。

據說真隨機數一般依靠硬體產生，但沒見過。

但其實很多隨機數演算法已經大大改進了。比如Mersenne Twister梅森旋轉演算法，他的常用實現的循環長度是2^19937.

在這個循環長度下，基本不可預測下一個數字是什麼。這種演算法滿足99.99999%大部分模擬情況，除非你想搞天文級別的模擬。

https://zh.wikipedia.org/zh/%E6%A2%85%E6%A3%AE%E6%97%8B%E8%BD%AC%E7%AE%97%E6%B3%95

BTW：這個演算法是日本人發明的。C++11 新的隨機庫應該也收錄了這個庫。而且，他的速度很快很快。

講道理題主九成是在做CUPT吧……

自己整理的一點關於隨機數的筆記，供參考：

密碼學中的隨機數（Random）

隨機數的作用

在密碼學中用於加解密演算法的密鑰要求是由隨機數產生，最好是由真隨機數產生

Salt(鹽)也是建議由隨機數產生

隨機數的三個標準

統計學隨機性

給定隨機樣本的一部分和隨機演算法，不能有效的演算出隨機樣本的剩餘部分

隨機樣本不可重現

偽隨機數

滿足前兩個條件

所有由人編寫的通過程序計算出來的都是偽隨機數（樣本可重現）

（真）隨機數

同時滿足三個條件

從理論上來看真正的隨機數，目前只有從量子世界中獲得

而日常使用中用到的（真）隨機數通常是由容易觀測的物理現象產生的，比如投硬幣，擲骰子，電子元件的噪音，核裂變等等

操作系統中隨機數的實現：

Linux：/dev/random
/dev/urandom 設備

/dev/random中的隨機數是由系統收集的背景噪音（來源主要是設備驅動程序）中產生，有大小限制

/dev/urandom是/dev/random的一個別名實現，產生的隨機數沒有大小限制，循環使用

Windows：CryptGenRandom函數，RtlGenRandom函數

隨機數(RNG)主要分為兩大類：偽隨機與物理隨機數。

偽隨機是由各種演算法產生的，本質上是決定論的，就是你輸入同一個初值，結果是確定的。當然這不是我們想要的。

物理隨機數是由物理過程產生的。分為三小類。Noise，chaos，quantum。

Noise和chaos是由經典物理過程產生的，也是決定論的。比如我們知道小球的初始條件，我們就可以預測小球未來的運動情況。這也不是我們想要的。

真隨機數是由量子過程產生的，其原理是基於uncertain principle。舉個最簡單的例子，當單個光子經過分束器BS的時候，有兩條路徑可以選擇，用任何理論都無法預測which way（隱變數理論除外），所以通過測量光子走了哪條路就可以產生真正的隨機數。當然這裡要求探測設備和發射源是被信任的。如果被壞人操作，其實也產生不了隨機數。

那麼就不存在真隨機數嗎？No,device independent quantum random number（DI-QRNG）就可以實現。DI-QRNG是通過觀察貝爾不等式的違背來產生隨機數，這個過程是不依賴探測設備和源的，所以由DI-QRNG產生的真隨機數可以抵抗惡意攻擊。

謝邀.

有一種方法是:用攝像頭採集岩漿燈圖像的亮度.

不能說是真隨機(基本運動定律還是遵循的,但值很難預測),在常見的方法里隨機程度已經非常高了;一般的應用沒有問題.

可以參考:Generating Random Numbers for Cryptography with Lava Lamps

大概就是這樣.

世界上真的有隨機數存在么？ - 物理學

對於真實隨機數，參見這個Milo Yip的回答

這裡有一篇wiki，介紹了隨機數攻擊 Random number generator attack

確定的是，你永遠無法在PC上得到一個真正的隨機數，通常隨機數都是由某個特定的硬體或者軟體產生的，如果定位到了產生者，他就可以偽造。通常部分加密協議，是需要用隨機數的。

很顯然，如果是真實的隨機數，任何人都沒有辦法偽造，當然加密也就絕對安全了。

錯誤之處，還望指出。

真實隨機數需要引入物理過程，比如大氣雜訊，放射性衰變等等。民用級別加密用機器上的環境熵也足夠了。