本文分析了生成用于加密的隨機(jī)數(shù)的相關(guān)問題。 PHP 5沒有提供一種簡單的機(jī)制來生成密碼學(xué)上強(qiáng)壯的隨機(jī)數(shù)，但是PHP 7通過引入幾個(gè)CSPRNG函數(shù)來解決了這個(gè)問題。

一、什么是CSPRNG

引用維基百科,一個(gè)密碼學(xué)上安全的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（Cryptographically Secure Pseudorandom Number Generator 縮寫CSPRNG）是一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)生成器（PRNG）,其生成的偽隨機(jī)數(shù)適用于密碼學(xué)算法。

CSPRNG可能主要用于:

• 密鑰生成（例如,生成復(fù)雜的密鑰）
• 為新用戶產(chǎn)生隨機(jī)的密碼
• 加密系統(tǒng)

獲得高級別安全性的一個(gè)關(guān)鍵方面就是高品質(zhì)的隨機(jī)性

二、PHP7 中的CSPRNG

PHP 7引入了兩個(gè)新函數(shù)可以用來實(shí)現(xiàn)CSPRNG： random_bytes 和 random_int。

random_bytes 函數(shù)返回一個(gè)字符串，接受一個(gè)int型入?yún)⒋矸祷亟Y(jié)果的字節(jié)數(shù)。

例子：

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

random_int 函數(shù)返回一個(gè)指定范圍內(nèi)的int型數(shù)字。

例子：

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

三、后臺運(yùn)行環(huán)境

以上函數(shù)的隨機(jī)性不同的取決于環(huán)境：

• 在window上，CryptGenRandom()總是被使用。
  
• 在其他平臺，arc4random_buf()如果可用會被使用（在BSD系列或者具有l(wèi)ibbsd的系統(tǒng)上成立）
  
• 以上都不成立的話，一個(gè)linux系統(tǒng)調(diào)用getrandom(2)會被使用。
  
• 如果還不行，/dev/urandom 會被作為最后一個(gè)可使用的工具
  
• 如果以上都不行，系統(tǒng)會拋出錯(cuò)誤
  

四、一個(gè)簡單的測試

一個(gè)好的隨機(jī)數(shù)生成系統(tǒng)保證合適的產(chǎn)生“質(zhì)量”。為了檢查這個(gè)質(zhì)量, 通常要執(zhí)行一連串的統(tǒng)計(jì)測試。不需要深入研究復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)主題，比較一個(gè)已知的行為和數(shù)字生成器的結(jié)果可以幫助質(zhì)量評價(jià)。

一個(gè)簡單的測試是骰子游戲。假設(shè)擲1個(gè)骰子1次得到結(jié)果為6的概率是1/6，那么如果我同時(shí)擲3個(gè)骰子100次,得到的結(jié)果粗略如下：

0 個(gè)6 = 57.9 次
1 個(gè)6 = 34.7次
2 個(gè)6 = 6.9次
3 個(gè)6 = 0.5次
以下是是實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)擲骰子1,000,000次的代碼：

$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 和簡單的 rand 函數(shù)可能得到如下結(jié)果

如果先看到rand 和 random_int 更好的比較我們可以應(yīng)用一個(gè)公式把結(jié)果畫在圖上。公式是：(php結(jié)果-期待的結(jié)果)/期待結(jié)果的0.5次方。

結(jié)果圖如下：

（接近0的值更好）

盡管3個(gè)6的結(jié)果表現(xiàn)不好，并且這個(gè)測試對實(shí)際應(yīng)用來說太過簡單我們?nèi)钥梢钥闯?random_int 表現(xiàn)優(yōu)于 rand.

進(jìn)一步，我們的應(yīng)用的安全級別由于不可預(yù)測性和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的可重復(fù)行為而得到提升。

PHP5 呢

缺省情況下，PHP5 不提供強(qiáng)壯的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。實(shí)際上，還是有選擇的比如 openssl_random_pseudo_bytes(), mcrypt_create_iv() 或者直接使用fread()函數(shù)來使用 /dev/random 或 /dev/urandom 設(shè)備。也有一些包比如 RandomLib 或 libsodium.

如果你想要開始使用一個(gè)更好的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器并且同時(shí)準(zhǔn)備好使用PHP7，你可以使用Paragon Initiative Enterprises random_compat 庫。 random_compat 庫允許你在 PHP 5.x project.使用 random_bytes() and random_int()

這個(gè)庫可以通過Composer安裝：

composer require paragonie/random_compat
require 'vendor/autoload.php';
$string = random_bytes(32);
var_dump(bin2hex($string));
// string(64) "8757a27ce421b3b9363b7825104f8bc8cf27c4c3036573e5f0d4a91ad2aaec6f"
$int = random_int(0,255);
var_dump($int);
// int(81)

random_compat 庫和PHP7使用不同的順序:

fread() /dev/urandom if available
mcrypt_create_iv($bytes, MCRYPT_CREATE_IV)
COM('CAPICOM.Utilities.1')->GetRandom()
openssl_random_pseudo_bytes()

這個(gè)庫的一個(gè)簡單應(yīng)用用來產(chǎn)生密碼：

$passwordChar = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
$passwordLength = 8;
$max = strlen($passwordChar) - 1;
$password = '';
for ($i = 0; $i < $passwordLength; ++$i) {
  $password .= $passwordChar[random_int(0, $max)];
}
echo $password;
//possible output: 7rgG8GHu

總結(jié)

你總是應(yīng)該使用一個(gè)密碼學(xué)上安全的偽隨機(jī)數(shù)生成器，random_compat 庫提供了一種好的實(shí)現(xiàn)。

如果你想要使用可靠的隨機(jī)數(shù)據(jù)源，如你在本文所見，建議盡快使用 random_int 和 random_bytes。

以上就是關(guān)于php隨機(jī)性的相關(guān)內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

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