随机数的作用

随机数主要用来：

  • 生成密钥：用于对称密码和消息认证码
  • 生成密钥对：用于非对称密码和数字签名
  • 生成初始化向量(IV)：用于对称密码的CBC、CFB、OFB模式
  • 生成nonce：用于防御重放攻击以及对称密码CTR模式
  • 生成盐

随机数的性质

随机数的性质主要由三个方面

  • 随机性：无法被攻击者看穿生成的方式。
  • 不可预测性：攻击者在知道过去的伪随机数列的前提下，依然无法预测出下一个生成出来的伪随机数的性质。
  • 不可重现性：无法重现和某一随即数列完全相同的数列的性质。

伪随机数生成器

通过硬件生成的随即数列，例如根据传感器收集的热量、声音的变化等事实上无法预测和重现的自然现象信息来生成，像这样的硬件设备称为随机数生成器(Random Number Generator, RNG)。

生成随机数的软件称为伪随机数生成器(Pseudo Random Number Generator, PRNG)。

12-Pseudo-Random-Generator

在伪随机数生成器中，内部状态指的是伪随机数生成器所管理的内存中的数值。当需要产生伪随机数时，会根据这个内部状态进行计算得到一个数值返回。

种子是用来对伪随机数生成器的内部状态进行初始化的。

伪随机数所使用的算法：

  • 杂乱的方法：不推荐，无法理解其产生方法
  • 线性同余法：不推荐，不具备不可预测性
  • 单向散列函数法：推荐，具有单向性，从而使其具有不可预测性
  • 密码法：推荐，具有机密性，从而使其具有不可预测性
  • ANSI X9.17：推荐