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『Odaily星球日报』科普：真随机数和伪随机数

比特币用户很喜欢讨论“非对称加密”、“椭圆曲线”、“量子计算机”这类高深莫测的话题 ， 然后再以一种非常莫名其妙的方式把币弄丢 ， 比如说：“随机” 。
『Odaily星球日报』科普：真随机数和伪随机数
本文插图
历史上多起各品牌的钱包用户丢币事件 ， 都是因为随机函数存在问题 。
随机很重要 ， 对于比特币这种密码学电子货币来说 ， 尤其重要 。 可惜社区内对于随机的讨论并不多 ， 导致很多人缺乏正确的认识 ， 因此 ， 我们今天就和大家聊聊随机 。
说到随机 ， 有两个必须要搞清楚的概念：“真随机数生成器”（TRNG）和伪随机数生成器（PRNG） 。
大部分计算机程序和语言中的随机函数 ， 都是伪随机数生成器 ， 它们都是由确定的算法 ， 通过一个“种子”（比如“时间”） ， 来产生“看起来随机”的结果 。
毫无疑问 ， 任何人只要知道算法和种子 ， 或者之前已经产生了的随机数 ， 都可能获得接下来随机数序列的信息 。 因为它们的可预测性 ， 在密码学上并不安全 ， 所以我们称其为“伪随机” 。 这种随机数 ， 用来让游戏里的小人跑跑路没多大问题 ， 如果用来生成比特币私钥 ， 那可就太不安全了 。
再说说真随机数生成器 ， 中文维基中 ， 将“硬件随机数生成器”（HRNG）等同于真随机数生成器 ， 这其实并不十分准确 ， 严格意义上的真随机可能仅存在于量子力学之中 ， 我们当前所想要的（或者所能要的） ， 并不是这种随机 。
我们其实想要一种不可预测的、统计意义上的、密码学安全的随机数 ， 只要能做到这一点的随机数生成器 ， 都可以称其为真随机数生成器 。 这种真随机 ， 并不一定非得是特殊设计的硬件 ， Linux操作系统内核中的随机数生成器（/dev/random） ， 维护了一个熵池（搜集硬件噪声 ， 如：键盘、鼠标操作、网络信号强度变化等） ， 使得它能够提供最大可能的随机数据熵 ， 因此同样是高品质的真随机数生成器 。
不过/dev/random是阻塞的 ， 也就是说 ， 如果熵池空了 ， 对于/dev/random的读操作将被挂起 ， 直到收集到足够的环境噪声为止 。
因此 ， 在开发程序时 ， 我们应使用/dev/urandom ， 作为/dev/random的一个副本 ， 它不会阻塞 ， 但其输出的熵可能会小于/dev/random 。
好了 ， 在说了这么多之后 ， 在我们开发比特币应用时 ， 应该使用何种随机数生成器来生成私钥呢？
答案很简单：urandom 。 永远只用urandom 。
不要使用任何第三方的随机数解决方案 ， 哪怕是一些高级的安全库 ， 所提供的声称“非常安全”的随机函数 。 因为它们都是用户态的密码学随机数生成器 ， 而urandom是内核态的随机数生成器 ， 内核有权访问裸设备的熵 ， 内核可以确保 ， 不在应用程序间 ， 共享相同的状态 。
【『Odaily星球日报』科普：真随机数和伪随机数】历史上 ， 无数次随机数失败案例 ， 大多出现在用户态的随机数生成器 ， 而且 ， 用户态的随机数生成器几乎总是要依赖于 ， 内核态的随机数生成器（如果不依赖 ， 那风险则更大） ， 除了没准儿能简化您的某些开发工作 ， 丝毫看不出任何额外的好处 ， 反而增加了因引入第三方代码 ， 所可能导致的潜在安全风险 。
因此 ， 开发者在需要密码学安全的随机数时 ， 应使用urandom 。
最后 ， 有小朋友问 ， 你们的BITHD硬件钱包生成的是真随机数吗？
这里回答一下：当然是啦～
BITHD的芯片是有硬件随机数发生器的 ， 它会通过获取物理噪声源来生成真随机数 ， 这个是不可预测 ， 不可探测的 ， 是真正的随机源 。


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