如何在Haskell中正确生成随机的字节串

Question

如何在Haskell中正确生成随机的字节串

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我刚学习 Haskell，想编写一个生成随机字节字符串的函数。

从我的角度来看，Crypto.Random（来自 crypto-api v0.3.1）似乎是最好的模块可供使用，但我还是无法理解它。

我想要做类似下面的事情：

let size = 2048
let bytestring = randomByteString size

- Fabian Barkhau

3个回答

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你需要在 IO 单子中执行此操作以初始化生成器的熵。以下代码片段可以用作简单示例，但在更复杂的代码中，您可能应该保留生成器 g2 并稍后重用它。

do
    g <- newGenIO :: IO SystemRandom
    case genBytes size of
        Left err -> error $ show err
        Right (result, g2) -> return result

- GS - Apologise to Monica

对于不会出现性能瓶颈的一次性使用，直接使用 System.Entropy 模块更加简洁，可能也更少出错（请参见我的回答）。但我同意你的观点，在部署环境中持续使用 RNG，使用 SystemRandom 再加上像 MonadCryptoRandom 这样的单子是一个不错的函数式解决方案。 - Thomas M. DuBuisson

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这里有很多部分，所以我稍后会在下面描述所有内容的工作方式.... 但现在，这就是代码

import Data.ByteString
import Data.Word8
import System.Random


randomBytes::Int->StdGen->[Word8]
randomBytes 0 _ = []
randomBytes count g = fromIntegral value:randomBytes (count - 1) nextG
                      where (value, nextG) = next g

randomByteString::Int->StdGen->ByteString
randomByteString count g = pack $ randomBytes count g

main = do
  g <- getStdGen
  let bytestring = randomByteString 2048 g
  print bytestring

首先，需要注意的是您需要提供一个随机生成器。所有生成伪随机数的计算机程序都需要随机数生成器，但大多数都使用副作用隐藏在后台。由于Haskell中没有副作用，您需要自己管理状态（如果您想回去隐藏一些细节，可以使用随机数生成器monad来完成此操作，但由于这是一项学习练习，我将保留它显式）。

所有随机生成器都需要进行种子设置...您可以通过提供自己的种子创建一个随机生成器，但这被认为是不安全的，因为任何人都可以反向工程化您的代码并查看种子。请记住，伪随机生成器实际上并不是随机的，而是遵循数学公式和给定种子的明确定义可再现系列。（这些数字只有在运行算法本身时，才能预测有关结果值的任何统计信息）。

大多数操作系统都有某种API调用，可以在编译时生成某些不可预测的东西（即更真实的随机数），但这些运行速度较慢，因此通常的策略是运行一次以种子随机生成器。运行 getStdGen 将为您完成此操作，但由于它需要与操作系统通信，因此其类型为 IO a。我已经在 main 中完成了这个操作，它的类型已经是 IO()。

函数 next 返回两个值，一个随机 Int 和下一个随机生成器（如果您在相同的随机生成器上运行 next，则会获得相同的结果...试试看）。您需要将此值附加到结果列表中，并再次将下一个生成器输入函数以获取列表中的下一个值。

请注意，ByteString 表示 Word8 值的列表，而 next 返回 Int，因此我们需要使用 fromIntegral 将 Int 转换为 Word8。然后使用 pack 将其转换为 ByteString。

- jamshidh

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由于他正在查看加密API，我猜他需要比stdgen更好的随机数。 - Arjan

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Thomas M. DuBuisson · Accepted Answer

你可以使用任何一个CryptoRandomGen的实例，就像Ganesh所展示的那样。
对于非安全的随机值，你可以使用System.Random（参见jamshidh的答案）。
你可以直接获取平台底层生成器提供的熵（这就是SystemRandom在幕后执行的操作）。

选项3：从你的平台获取熵

最后一种技术是最简单的，但在没有RDRAND指令的系统上具有更高的开销 - 它必须打开文件，读取并关闭文件。这是使用entropy包：

import System.Entropy

someFunc = do
    randBytes <- getEntropy 2048
    ....

选项1: 使用CryptoRandomGen实例

如果你想要一个纯生成器，但是使用高熵种子进行播种，那么可以使用DRBG包中任意一个已实例化的CryptoRandomGen值：

import Crypto.Random.DRBG

接下来是 Ganesh 的示例（在这里复制）使用不同的签名在 newGenIO 上：

do
  g <- newGenIO :: IO CtrDRBG
  case genBytes size g of
    Left err -> error $ show err
    Right (result, g2) -> return result

对于那些好奇的人，我在我的博客上审查了几种可用的安全随机数生成器 - 其中大多数都不符合任何标准（这不太好，它们似乎完全是程序员临时发明的），除了RDRAND、HashDRBG和HmacDRBG。