[记录点滴] 一个解决Lua 随机数生成问题的办法
[记录点滴] 一个解决Lua 随机数生成问题的办法
0x00 摘要
本文是开发中的简略记录,具体涉及知识点有:Lua,随机数。
0x01 背景
Lua语言生成随机数需要用到两个函数:
- math.randomseed(n) : 用法是 接收一个整数n作为随即序列的种子。
- math.random([n [,m]]) : 用法有三种:
- random(),产生[0, 1)之间的浮点随机数。
- random(n),产生[1, n]之间的整数。
- .random(m, n),产生[n, m]之间的整数。
0x02 问题
2.1 Lua随机数函数问题
Lua语言的随机数函数存在问题:
- 第一个随机数总是固定,而且常常是最小的那个值
- 如果 seed 很小或者seed 变化很小,产生的随机序列仍然很相似。
- 如果很短的时间内多次运行这个程序,那么你得到的随机序列会是几乎不变的。
原因是LUA的random只是封装了C的rand函数,使得random函数有一定的缺陷,
2.2 C语言随机数函数问题
其实计算机产生的随机数都是依照事先写好的算法执行出来的,行为是可以预测的,所以计算机产生的随机数都不是真正意义上的随机数,只是伪随机数,是以一个真值(也称为种子)为初始条件,然后用一定的算法不停迭代产生随机数。
C语言 rand的内部是用线性同余法做的,因为其周期特别长,所以在一定范围内可以看成是随机的。
线性同余方法(LCG)是一种产生伪随机数的方法。它是根据递归公式实现:
RandSeed = (A * RandSeed + B) % M
线性同余法最重要的是定义了三个整数,乘数 A、增量 B和模数 M,其中A, B, M是产生器设定的常数。 LCG的周期最大为 M,但大部分情况都会少于M。要令LCG达到最大周期,应符合以下条件:
- B,M互质;
- M的所有质因数都能整除A-1;
- 若M是4的倍数,A-1也是;
- A,B,N[0]都比M小;
- A,B是正整数。
0x03 解决方案
问题的解决方案就是:让用户使用randomseed先设一个随机种子。比如在服务器启动的时候设置一个随机种子,让系统产生的随机序列不相同。
3.1 移位轮转 + 线性同余
一种常见的办法是以 time 函数返回的秒数为基准。但是因为如果需要短期内频繁使用随机数,这个方法不可行,因为容易产生类似数字,所以就把 time返回的数值字串倒过来(低位变高位), 再取高位几位。这样即使 time变化很小, 但是因为低位变了高位, 种子数值变化却很大,就可以使伪随机序列生成的更好一些。
这其实是一种 “移位轮转“ 的思想。
math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 6))
3.2 Linux随机种子
在linux下,我们可以使用 /dev/random以及/dev/urandom产生随机种子。
其原理是利用当前系统的熵池来计算出一定数量的随机比特,其中熵池是根据当前系统的“环境噪音”,它是由很多参数共同评估的,如内存的使用,文件使用量等等,环境噪音直接影响着所产生的随机种子的有效性。
/dev/random与/dev/urandom之间存在区别:
- urandom即”unlocked random”,,每次打开并读取/dev/urandom时,会从熵池中随机返回所需要的字节数。/dev/urandom的读取操作不会阻塞,因为它会重复使用熵池中的数据以产生随机数;
- /dev/random则是每次读之前去检查熵池是否为空,若为空,则需要阻塞并去更新熵池。
对于我们来说,需要阻塞总是不好的,因此 urandom 更加理想。
3.3 移位轮转 + 线性同余 + Linux随机种子
我们可以采用的是在之前办法上,加入Linux随机种子,代码如下:
local _M = {}
function _M.random_seed()
local in_file = io.open("/dev/urandom", "r")
if in_file ~= nil then
local d= in_file:read(4)
math.randomseed(os.time() + d:byte(1) + (d:byte(2) * 256) + (d:byte(3) * 65536) + (d:byte(4) * 4294967296))
else
math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 7))
end
end
return _M
当然也可以再结合起来设置
math.randomseed(tostring(os.time()):reverse():sub(1, 6)+ d:byte(1) + (d:byte(2) * 256) + (d:byte(3) * 65536) + (d:byte(4) * 4294967296))
0xFF 参考
- JavaScript 教程
- JavaScript 编辑工具
- JavaScript 与HTML
- JavaScript 与Java
- JavaScript 数据结构
- JavaScript 基本数据类型
- JavaScript 特殊数据类型
- JavaScript 运算符
- JavaScript typeof 运算符
- JavaScript 表达式
- JavaScript 类型转换
- JavaScript 基本语法
- JavaScript 注释
- Javascript 基本处理流程
- Javascript 选择结构
- Javascript if 语句
- Javascript if 语句的嵌套
- Javascript switch 语句
- Javascript 循环结构
- Javascript 循环结构实例
- Javascript 跳转语句
- Javascript 控制语句总结
- Javascript 函数介绍
- Javascript 函数的定义
- Javascript 函数调用
- Javascript 几种特殊的函数
- JavaScript 内置函数简介
- Javascript eval() 函数
- Javascript isFinite() 函数
- Javascript isNaN() 函数
- parseInt() 与 parseFloat()
- escape() 与 unescape()
- Javascript 字符串介绍
- Javascript length属性
- javascript 字符串函数
- Javascript 日期对象简介
- Javascript 日期对象用途
- Date 对象属性和方法
- Javascript 数组是什么
- Javascript 创建数组
- Javascript 数组赋值与取值
- Javascript 数组属性和方法
- [PyQt Tutorial]4.使用Qt Designer
- [PyQt Tutorial]5.Signals & Slots(信号与槽)
- Docker数据共享与持久化
- [PyQt Tutorial]6.Layout Management(布局管理)
- Kubernetes入门
- [PyQt Tutorial]7.QDialog 类
- kubeadm快速部署kubernetes集群
- [PyQt Tutorial]8.QMessageBox
- Tomcat_01_简介
- Tomcat调优
- Tomcat_02_应用部署
- Tomcat_03_监控
- Kubernetes常用命令
- Oracle限制用户和客户端登陆
- 为什么说Java中只有值传递?