Wie kann ich mt19937 zuverlässig in C für die Generierung hochwertiger Zufallszahlen festlegen?

Behebung von PRNG-Seeding-Problemen in C

Trotz der weit verbreiteten Verwendung von Für die Generierung von Zufallszahlen stützt sich der Ansatz häufig auf std::random_device, das unter mehreren Einschränkungen leidet. In Anbetracht dieser Probleme wird in dieser Diskussion untersucht, wie das mt19937 PRNG gründlich, portabel und prägnant gesät werden kann.

Vermeiden Sie die alleinige Abhängigkeit von std::random_device und time(NULL)

Die alleinige Verwendung von std::random_device oder time(NULL) reicht für das Seeding nicht aus mt19937 aufgrund geringer Entropie und ungleichmäßiger Verteilung.

Lösung: Verwendung eines CSPRNG-Wrappers

Eine minimale Lösung besteht darin, einen Wrapper um ein CSPRNG zu verwenden, z. B. sysrandom unten definiert. Dieser Wrapper bietet Zugriff auf Zufallsbytes in kryptografischer Qualität:

size_t sysrandom(void* dst, size_t dstlen);

Plattformspezifische Implementierungen

Für Windows können wir CryptGenRandom verwenden:

size_t sysrandom(void* dst, size_t dstlen)
{
    HCRYPTPROV ctx;
    ... // Acquire and release cryptographic context
    CryptGenRandom(ctx, dstlen, dst);
    return dstlen;
}

Auf Unix-ähnlichen Systemen können wir einsetzen /dev/urandom:

size_t sysrandom(void* dst, size_t dstlen)
{
    std::ifstream stream("/dev/urandom", std::ios_base::binary | std::ios_base::in);
    stream.read(dst, dstlen);
    return dstlen;
}

Seeding mt19937

Mit dem Sysrandom-Wrapper können wir mt19937 mit ausreichend Bits Seeding machen:

std::uint_least32_t seed;
sysrandom(&seed, sizeof(seed));
std::mt19937 gen(seed);

Vergleich mit Boost

Dieser Ansatz ähnelt boost::random_device, das sichere CSPRNGs auf verschiedenen Plattformen nutzt.

Zusätzliche Überlegungen

Unter Linux: getrandom bietet eine sicherere Alternative zu /dev/urandom. OpenBSD fehlt /dev/urandom; Verwenden Sie stattdessen getentropy.

Fazit

Dieser Artikel bietet eine umfassende Anleitung zum effektiven Seeding des mt19937-PRNG, um eine qualitativ hochwertige Zufallszahlengenerierung in C sicherzustellen

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