PHP中的随机性——你觉得自己幸运吗？

本文分析了生成用于加密的随机数的相关问题。 PHP 5没有提供一种简单的机制来生成密码学上强壮的随机数，但是PHP 7通过引入几个CSPRNG函数来解决了这个问题。

什么是CSPRNG

引用维基百科,一个密码学上安全的伪随机数发生器（Cryptographically Secure Pseudorandom Number Generator 缩写CSPRNG）是一个伪随机数生成器（PRNG）,其生成的伪随机数适用于密码学算法。

CSPRNG可能主要用于:

• 密钥生成（例如,生成复杂的密钥）

• 为新用户产生随机的密码

• 加密系统

获得高级别安全性的一个关键方面就是高品质的随机性

PHP7 中的CSPRNG

PHP 7引入了两个新函数可以用来实现CSPRNG： random_bytes 和 random_int。

random_bytes 函数返回一个字符串，接受一个int型入参代表返回结果的字节数。

例子：

$bytes = random_bytes('10'); 
var_dump(bin2hex($bytes)); 
//possible ouput: string(20) "7dfab0af960d359388e6" 

random_int 函数返回一个指定范围内的int型数字。

例子：

var_dump(random_int(1, 100)); 
//possible output: 27 

后台运行环境

以上函数的随机性不同的取决于环境：

• 在window上，CryptGenRandom()总是被使用。

• 在其他平台，arc4random_buf()如果可用会被使用（在BSD系列或者具有libbsd的系统上成立）

• 以上都不成立的话，一个linux系统调用getrandom(2)会被使用。

• 如果还不行，/dev/urandom 会被作为最后一个可使用的工具

• 如果以上都不行，系统会抛出错误

一个简单的测试

一个好的随机数生成系统保证合适的产生“质量”。为了检查这个质量, 通常要执行一连串的统计测试。不需要深入研究复杂的统计主题，比较一个已知的行为和数字生成器的结果可以帮助质量评价。

一个简单的测试是骰子游戏。假设掷1个骰子1次得到结果为6的概率是1/6，那么如果我同时掷3个骰子100次,得到的结果粗略如下：

• 0 个6 = 57.9 次

• 1 个6 = 34.7次

• 2 个6 = 6.9次

• 3 个6 = 0.5次

以下是是实现实现掷骰子1,000,000次的代码：

$times = 1000000; 
$result = []; 
for ($i=0; $i<$times; $i++){ 
    $dieRoll = array(6 => 0); //initializes just the six counting to zero 
    $dieRoll[roll()] += 1; //first die 
    $dieRoll[roll()] += 1; //second die 
    $dieRoll[roll()] += 1; //third die 
    $result[$dieRoll[6]] += 1; //counts the sixes 
} 
function roll(){ 
    return random_int(1,6); 
} 
var_dump($result); 

用PHP7 的 random_int 和简单的 rand 函数可能得到如下结果

如果先看到rand 和 random_int 更好的比较我们可以应用一个公式把结果画在图上。公式是：(php结果-期待的结果)/期待结果的0.5次方。

（编辑：三明站长网）

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