小科普：真随机数和伪随机数

比特币用户很喜欢讨论“非对称加密”、“椭圆曲线”、“量子计算机”这类高深莫测的话题，然后再以一种非常莫名其妙的方式把币弄丢，比如说：“随机”。

历史上多起各品牌的钱包用户丢币事件，都是因为随机函数存在问题。

随机很重要，对于比特币这种密码学电子货币来说，尤其重要。可惜社区内对于随机的讨论并不多，导致很多人缺乏正确的认识，因此，我们今天就和大家聊聊随机。

说到随机，有两个必须要搞清楚的概念：“真随机数生成器”（TRNG）和伪随机数生成器（PRNG）。

大部分计算机程序和语言中的随机函数，都是伪随机数生成器，它们都是由确定的算法，通过一个“种子”（比如“时间”），来产生“看起来随机”的结果。

毫无疑问，任何人只要知道算法和种子，或者之前已经产生了的随机数，都可能获得接下来随机数序列的信息。因为它们的可预测性，在密码学上并不安全，所以我们称其为“伪随机”。这种随机数，用来让游戏里的小人跑跑路没多大问题，如果用来生成比特币私钥，那可就太不安全了。

再说说真随机数生成器，中文维基中，将“硬件随机数生成器”（HRNG）等同于真随机数生成器，这其实并不十分准确，严格意义上的真随机可能仅存在于量子力学之中，我们当前所想要的（或者所能要的），并不是这种随机。

我们其实想要一种不可预测的、统计意义上的、密码学安全的随机数，只要能做到这一点的随机数生成器，都可以称其为真随机数生成器。这种真随机，并不一定非得是特殊设计的硬件，Linux操作系统内核中的随机数生成器（/dev/random），维护了一个熵池（搜集硬件噪声，如：键盘、鼠标操作、网络信号强度变化等），使得它能够提供最大可能的随机数据熵，因此同样是高品质的真随机数生成器。

不过/dev/random是阻塞的，也就是说，如果熵池空了，对于/dev/random的读操作将被挂起，直到收集到足够的环境噪声为止。

因此，在开发程序时，我们应使用/dev/urandom，作为/dev/random的一个副本，它不会阻塞，但其输出的熵可能会小于/dev/random。

好了，在说了这么多之后，在我们开发比特币应用时，应该使用何种随机数生成器来生成私钥呢？

答案很简单：urandom。永远只用urandom。

不要使用任何第三方的随机数解决方案，哪怕是一些高级的安全库，所提供的声称“非常安全”的随机函数。因为它们都是用户态的密码学随机数生成器，而urandom是内核态的随机数生成器，内核有权访问裸设备的熵，内核可以确保，不在应用程序间，共享相同的状态。

历史上，无数次随机数失败案例，大多出现在用户态的随机数生成器，而且，用户态的随机数生成器几乎总是要依赖于，内核态的随机数生成器（如果不依赖，那风险则更大），除了没准儿能简化您的某些开发工作，丝毫看不出任何额外的好处，反而增加了因引入第三方代码，所可能导致的潜在安全风险。

因此，开发者在需要密码学安全的随机数时，应使用urandom。

最后，

有小朋友问，你们的BITHD硬件钱包生成的是真随机数吗？

这里回答一下：当然是啦～

BITHD的芯片是有硬件随机数发生器的，它会通过获取物理噪声源来生成真随机数，这个是不可预测，不可探测的，是真正的随机源。

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编译者/作者：比特派钱包

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