使用crypto.getRandomValues()生成0到1之间的随机数。

Question

使用crypto.getRandomValues()生成0到1之间的随机数。

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看起来 Math.random() 生成的是一个范围为 [0,1) 的 64 位浮点数，而新的 crypto.getRandomValues() API 只返回整数。如何使用该 API 产生一个在 [0,1) 范围内的理想数字呢？

这个方法似乎有效但不够优化：

ints = new Uint32Array(2)
window.crypto.getRandomValues(ints)
return ints[0] / 0xffffffff * ints[1] / 0xffffffff

编辑：澄清一下，我正在尝试产生比Math.random()更好的结果。根据我对浮点数的理解，应该有可能得到一个完全随机的52位小数。（？）

编辑2：为了提供一些背景信息，我并不打算做什么加密安全的事情，但有很多关于Math.random()实现不良的轶事（例如http://devoluk.com/google-chrome-math-random-issue.html），所以在有更好的选择时，我想使用它。

- svachalek

我在Chrome中尝试了你的代码，也得到了大于1的值，例如2.5...。 - Šime Vidas

为什么要使用 Math.abs() 函数？从 Chrome 中看到的，随机数都是正数。 - Šime Vidas

@ŠimeVidas 实际上，它们必须是正数，因为 OP 是使用 Uint（无符号整数）缓冲区视图。 crypto.getRandomValues 只生成一个随机的二进制缓冲区，由使用的视图类型将其转化为数字。 - apsillers

为什么要用那个表达式？只用 ints[0] / 0xffffffff 不是可以产生一个随机的 [0,1) 值吗？ - Šime Vidas

@apsillers 很好的观点；我尝试了几种不同的方法，并在复制/粘贴中混淆了它们！ - svachalek

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3个回答

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如果您确实需要在范围[0,1)内的数字，那么这就是最优的情况。

该代码的问题在于不同数字的概率不再相同。

例如，使用该代码更有可能获得0.5（1*0.5、0.5*1、0.75*0.666）而不是1（1*1）。

- Salchi13

@ŠimeVidas 没错，我的确修改了错误的示例代码，但我认为规范很清晰。 - svachalek

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这个重复的位操作版本也很好，因为规范说数字是IEEE 754。另外，考虑DataView评论的字节序。

- Tom Palmer

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可以查看英文原文，
原文链接

- apsillers · Accepted Answer

请记住，浮点数只是一个尾数系数，乘以2的指数：

floating_point_value = mantissa * (2 ^ exponent)

Math.random用于生成浮点数，其有一个32位的随机尾数，且指数始终为-32，因此小数点会向左移动32位，这样尾数就不会存在小数点左边的部分。

mantissa =         10011000111100111111101000110001 (some random 32-bit int)
mantissa * 2^-32 = 0.10011000111100111111101000110001

尝试运行Math.random().toString(2)几次以验证这一点。

解决方案：您可以生成一个随机的32位尾数，然后乘以Math.pow(2,-32)：

var arr = new Uint32Array(1);
crypto.getRandomValues(arr);
var result = arr[0] * Math.pow(2,-32);
// or just   arr[0] * (0xffffffff + 1);

请注意，浮点数的分布不均匀（可能的值随着数字变大而变得更加稀疏，因为尾数精度不足），使它们不适用于需要非常强的随机数的密码学应用程序或其他领域。为此，您应该使用 crypto.getRandomValues() 提供给您的原始整数值。

编辑：在 JavaScript 中，尾数有 52 位，因此您可以获得 52 位的随机性。

var arr = new Uint32Array(2);
crypto.getRandomValues(arr);

// keep all 32 bits of the the first, top 20 of the second for 52 random bits
var mantissa = (arr[0] * Math.pow(2,20)) + (arr[1] >>> 12)

// shift all 52 bits to the right of the decimal point
var result = mantissa * Math.pow(2,-52);

所以，总的来说，不，这并不比您自己的解决方案更短，但我认为这是您能够期望的最好结果。您必须生成52位随机数，这需要从32位块构建，然后它需要向下移动到小于1的位置。