C 的 rand() 使用哪些常见算法？

Question

据我了解，C 规范没有给出关于 rand() 的具体实现的任何规范。 不同主要平台上常用的算法有哪些？ 它们有何不同？

Answer 1

PRNG（伪随机数生成器）的领域相当广阔。

首先，您必须了解，如果没有外部输入（通常是物理输入），您就无法获得真正的随机数来源。这就是为什么这些算法被称为伪随机：它们通常使用种子来初始化一个很长的序列中的位置，看起来是随机的，但它根本不是随机的。

最简单的算法之一是线性同余生成器 (LCG ），它有一些约束来保证长序列，而且根本不安全。

另一个有趣的（至少就名字而言）是 Blum Blum Shub Generator (BBS< /a>）这对于正常的 PRNG 来说是不寻常的，因为它依赖于模算术中的求幂，在破坏序列方面提供了与 RSA 和 El Gamal 等其他算法相当的安全性（即使我不确定它的证明）

Answer 2

请参阅这篇文章：http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_random_number_generators

这是来源glibc的rand()代码：

/* Reentrant random function from POSIX.1c.
   Copyright (C) 1996, 1999, 2009 Free Software Foundation, Inc.
   This file is part of the GNU C Library.
   Contributed by Ulrich Drepper <[email protected]>, 1996.

   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   License as published by the Free Software Foundation; either
   version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.

   The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
   Lesser General Public License for more details.

   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
   License along with the GNU C Library; if not, write to the Free
   Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA
   02111-1307 USA.  */

#include <stdlib.h>


/* This algorithm is mentioned in the ISO C standard, here extended
   for 32 bits.  */
int
rand_r (unsigned int *seed)
{
  unsigned int next = *seed;
  int result;

  next *= 1103515245;
  next += 12345;
  result = (unsigned int) (next / 65536) % 2048;

  next *= 1103515245;
  next += 12345;
  result <<= 10;
  result ^= (unsigned int) (next / 65536) % 1024;

  next *= 1103515245;
  next += 12345;
  result <<= 10;
  result ^= (unsigned int) (next / 65536) % 1024;

  *seed = next;

  return result;
}

来源：https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob_plain;f=stdlib/rand_r.c;hb=HEAD

如您所见，它只是乘以加法和移位。 这些值经过精心选择，以确保您不会获得 RAND_MAX 迭代的重复输出。

请注意，这是一个旧的实现，已被更复杂的算法所取代： https://sourceware.org/git/?p=glibc.git;a=blob_plain;f=stdlib/random_r.c;hb=HEAD

如果链接如果损坏，请 Google 搜索“glibc rand_r”

Answer 3

我曾经为离散数学课程写过一篇关于 CRNG 的报告。 为此，我在 msvcrt.dll 中反汇编了 rand()：

msvcrt.dll:77C271D8 mov     ecx, [eax+14h]
msvcrt.dll:77C271DB imul    ecx, 343FDh
msvcrt.dll:77C271E1 add     ecx, 269EC3h
msvcrt.dll:77C271E7 mov     [eax+14h], ecx
msvcrt.dll:77C271EA mov     eax, ecx
msvcrt.dll:77C271EC shr     eax, 10h
msvcrt.dll:77C271EF and     eax, 7FFFh

所以它是一个类似于（未经测试）的 LCG...

int ms_rand(int& seed)
{
  seed = seed*0x343fd+0x269EC3;  // a=214013, b=2531011
  return (seed >> 0x10) & 0x7FFF;
}