小科普:真随机数和伪随机数

比特派钱包版主发布在 比特派/比太钱包
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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”。


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。


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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沙发,很寂寞......
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