生成安全的随机数

在许多类型软件的开发过程中，都要使用随机数。例如纸牌的分发、密钥的生成等等。随机数至少应该具备两个条件：

1. 数字序列在统计上是随机的。
2. 不能通过已知序列来推算后面未知的序列。

只有实际物理过程才是真正随机的。而一般来说，计算机是很确定的，它很难得到真正的随机数。所以计算机利用设计好的一套算法，再由用户提供一个种子值，得出被称为“伪随机数”的数字序列，这就是我们平时所使用的随机数。

这种伪随机数字足以满足一般的应用，但它不适用于加密等领域，因为它具有弱点：

1. 伪随机数是周期性的，当它们足够多时，会重复数字序列。
2. 如果提供相同的算法和相同的种子值，将会得出完全一样的随机数序列。
3. 可以使用逆向工程，猜测算法与种子值，以便推算后面所有的随机数列。

即是说：

随机序列 = F(算法, 种子)

一、System.Random类

System.Random类是最常用的伪随机数生成器，我们经常使用它创建近似随机的数列。以下代码演示了Random类创建10个随机数：

Random random = new Random();
for (int i = 0; i < 10; i++)
    Console.WriteLine(random.Next());

在创建Rondom类的实例时，我们可以指定Int32类型的种子值，不指定默认用Environment.TickCount作种子，它是从系统启动到现在经过的毫秒数。然后使用Next()方法来获得Int32类型的随机数值。Next()方法有3个重载，可以实现获得指定范围内的随机数值。

使用Rondom类时最常见的错误，是将创建Random实例的语句放在一个路径很短的循环中。在问题与思考_随机数的产生中，作者是这么写的：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    Random random_A = new Random();
    sbyte randomNumber = (sbyte)(random_A.Next(0, 101));
    Console.WriteLine(randomNumber);
}

根据现在的计算机运行速度，执行这段代码根本用不了多少时间。所以在10次循环中，构造函数使用的Environment.TickCount几乎一样。这就造成了作者叙述的结果。

每次都是随机产生的.我又按F9,F10进行调试检查，让程序一步一步的运行，让随机数一个一个的产生,这时我就发现每次产生的随机数几乎都不一样

这个错误也验证了伪随机数的弱点。我们都用Random类，算法是一样的，所以一旦得知了程序使用的种子，那么程序过程就变得十分确定了。

二、RNGCryptoServiceProvider类

为了获得更加随机的数字序列，可以使用System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider类。它使用加密服务提供程序 (CSP) 提供的实现来实现加密随机数生成器。

下面代码演示了RNGCryptoServiceProvider类创建10个随机数

byte[] bytes = new byte[4];
RNGCryptoServiceProvider r = new RNGCryptoServiceProvider();

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    r.GetBytes(bytes);
    int number = BitConverter.ToInt32(bytes, 0);
    Console.WriteLine(number);
}

RNGCryptoServiceProvider类产生的随机数更加随机。即使有人知道了这个类，并得到最近生成的随机序列，也无法计算后续序列。

目前RNGCryptoServiceProvider类并没有提供获取指定范围的随机数的方法，需要自己处理。下面代码演示了创建从1到100的10个随机数：

byte[] bytes = new byte[16];
RNGCryptoServiceProvider r = new RNGCryptoServiceProvider();

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    r.GetBytes(bytes);
    int number = (int)((decimal)bytes[0] / 256 * 100) + 1;
    Console.WriteLine(number);
}

最后测试了一下，将RNGCryptoServiceProvider类对象的创建放在循环中，仍然能获得随机数：

byte[] bytes = new byte[4];

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    RNGCryptoServiceProvider r = new RNGCryptoServiceProvider();
    r.GetBytes(bytes);
    int number = BitConverter.ToInt32(bytes, 0);
    Console.WriteLine(number);
}

当然，不推荐这么去写，毕竟对象的创建也是很费时间的。

最后说明一点，RNGCryptoServiceProvider类要比Random类耗费更多的时间，若打算在很短时间内生成大量随机数，请不要使用RNGCryptoServiceProvider类。