Question

我有一个需要较长随机位序列的应用程序。

因为我依赖这些序列是“真正随机的”，所以我想使用SecureRandom。

遗憾的是，每个这样的序列我都需要两次。

我无法将它们保留在RAM中，因为它们太长了。

我不想将它们写入硬盘驱动器，因为向硬盘驱动器写入和读取会浪费时间和硬盘驱动器空间，并使代码不必要地变得复杂。

但是，由于某些生成器生成的“随机”位序列确定性地取决于生成器在创建时所处的状态，因此一个（也许）可以保存并重新创建新生成的SecureRandom对象所处的状态。，允许增加位序列。

主要问题是：

（如何）可以保存SecureRandom随机数生成器的整个状态？克隆够了吗？（可能会有一些OS状态也起作用，例如当前时间）。您还可以克隆其他强大的RNG以便原始副本和克隆副本创建相同的输出吗？

此外，我对正常的随机数生成器会创建哪种类型的模式，使其变得不安全以及是否可以如上所述保存和恢复其状态感兴趣。

编辑：

我为此创建了一个LCG。

但是，我认为它无法正常工作。

它会创建一个“强”的伪随机位序列吗？

当它连续多次产生相同的值时，就变得可疑了。例如：

假假真正真正真正真正假真正假假假真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正真正是

public class DeterministicRandom{
    private BigInteger state;
    private BigInteger a;
    private BigInteger c;
    private static final int o=32;
    private static final BigInteger m=BigInteger.ONE.shiftLeft(o*8);
    public DeterministicRandom(){
        a=RandomUtils.randomBigInt(o);
        c=RandomUtils.randomBigInt(o);
        state=RandomUtils.randomBigInt(o);
    }
    public DeterministicRandom(DeterministicRandom r){
        a=r.a;
        c=r.c;
        state=r.state;
    }
    public boolean nextBoolean(){
        boolean r=state.testBit(o*8-7);
        state=state.multiply(a).add(c).mod(m);
        return r;
    }
}
public class RandomUtils {
    private static Random random = new Random();
    public static byte[] nextBytes(byte[] d){
        random.nextBytes(d);
        return d;
    }
    public boolean randomBit(){
        return random.nextBoolean();
    }
    public static BigInteger randomBigInt(int bytes){
        byte[] d=new byte[bytes+1];
        random.nextBytes(d);
        d[0]=0;
        BigInteger x=new BigInteger(d);
        return x;
    }
}

Answer 1

似乎您需要用于机器学习或蒙特卡洛采样的随机数。您似乎还考虑了java.util.Random，但发现它不适合您的目的。在这种情况下，SecureRandom远不是最佳选择。特别是，没有实现SecureRandom的“ SHA1PRNG”提供程序的标准方法，并且在应用程序关心可重现的“随机性”的情况下，不应使用SecureRandom。另请参见Encryption algorithm giving different results on Android 2.1 and versions above 2.1。

相反，您需要一种高质量PRNG ，并且有许多high-quality RNG algorithms可用。

在Java中，两个examples包含it.unimi.dsi/dsiutils和org.apache.commons/commons-rng-simple工件，其中包括可植入PRNG的实现，例如xoroshiro128++和xoshiro256**。

Answer 2

我认为您一般不能依赖来克隆SecureRandom实例，也不能依赖提供与原始序列相同的克隆。

问题是典型的Java平台提供了安全随机性的多种实现，并且当您调用new SecureRandom()时会获得默认的实现。这可能是PRNG，也可能是使用“真实”随机性源的RNG。在后一种情况下，即使类支持clone()，克隆对象也不会给出与原始对象相同的随机序列。

我通常会想到几种解决方案。

第一个解决方案是创建包装Random实例的自己的SecureRandom类。特殊的调味料是您的包装器类需要记录它发出的随机数流。然后，您需要一种reset()方法，使PRNG切换为使用记录的号码。

缺点是您需要足够的内存来容纳所有数字。（取决于表示形式，这可能会占用很多内存。例如，如果您在ArrayList<Integer>中记录N个整数，则最坏的情况是Integer对象的N x 24字节，峰值为3 ArrayList的x N x 8个字节。int[]的密度更高，但更难管理。）

我看到您已经说过序列太长而无法保存在您的用例中。您可以考虑将它们写入文件，但是即使那样也不会无限扩展。

第二种解决方案是利用SecureRandom类的能力来选择算法并重新设定种子本身。

SecureRandom seeder = new SecureRandom();
byte[] seed = seeder.generateSeed(NOS_BYTES);

SecureRandom prng = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
prng.setSeed(seed);

SecureRandom prng2 = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
prng2.setSeed(seed);

// prng1 and prng2 created as above should generate the same sequences

将NOS_BYTES设置为要使用的种子的字节数。或者，您可以“手动”生成种子，也可以从文件中读取它。

请注意，您不能像使用new SecureRandom()获得的实例那样可靠地设置种子，也不能可靠地重新种子现有实例¹。

根据配置的Java平台安全提供程序，可能还会使用其他PRNG算法。

有关更多信息，请参阅SecureRandom javadoc。

我测试了上述方法，并在使用Java 11的计算机上，prng和prng2对象生成了相同的int值序列...直到我击中^ C。 / p>

^{1-问题的症结在于setSeed的javadoc这样说：“给定的种子补充而不是替换了现有的种子。” 。在其他地方，它表示构造函数返回已播种的对象。幸运的是，它还说getInstance方法返回了尚未种子的对象。}

最后，我从您更新的问题中看到，您正在考虑使用通过BigInteger实现的“自行拥有” PRNG。

当心！

实现不如您想像的PRNG非常容易。我不会那样做。但是，如果您决定走这条路，那么您应该通读PRNG的理论及其属性，并对实现进行一系列（相关的）统计测试。

（如果您打算发表结果，您的论文应该提到您实现了自己的PRNG，并且应该使PRNG源代码和统计测试结果可供读者检查。出于公开和科学的考虑可复制性。我认为。）

您可以“克隆” java SecureRandom对象吗？ -如何获得可克隆的强RNG？

2 个答案: