在Linux中利用熵池 /dev/urandom 生成固定长度随机数

最新推荐文章于 2023-11-10 21:24:54 发布
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/dev/urandom是Linux内核中的熵池之一，用于生成随机数。本文介绍如何利用这一特性并通过一系列命令（如cat、md5sum等）生成指定长度的随机字符串。
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/dev/urandom 是一个内核熵池
在Linux内核中，熵池是环境噪声数据流的集合，被作为种子用于生成随机数。

以下命令Ubuntu或者Centos都已测试通过

cat /dev/urandom | head -1 | md5sum | head -c 6

head -1
是取前面一行的内容

md5sum
是转化为md5

head -c 6
是只取前六位字节，更改这个数值可以自定义长度

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1. 观察设备文件/dev/random的行为 查看当前由设备文件/dev/random产生的系统随机数。 在执行命令时注意观察随机数变化，移动鼠标，观察鼠标移动对结果是否有影响。对比设备文件/dev/urandom生成伪随机数，总结两种设备文件生成伪随机数方法的不同。 2. 记录设备文件/dev/random生成的伪随机数 从设备文件/dev/random分别生成4字节、16字节、64字节、128字节的伪随机数，观察现象解释原因，做好记录。 生成8字节的伪随机数，结果写入文件outRa.bin中，以十六进制形式查看生成的伪随机数。
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任务描述 本关任务：从Linux系统的设备文件/urandom获取随机数，通过命令观察随机数生成，掌握典型随机数生成方法。 相关知识 为了完成本关任务，您需要掌握： Linux系统的典型随机数生成方法； 设备文件/dev/urandom生成随机数的特点。 Linux系统随机数的生成方式 生成随机数是安全软件中一项非常常见的任务。在许多情况下，加密密钥不是由用户提供的，而是在软件内部生成的，它们的随机性非常重要；否则，攻击者可以通过预测加密密钥，从而达到破坏加密目的。我们都知道，伪随机数发生器一般都需要种子作为输入，然后输出“随机的”比特序列，用什么作为种子呢？很多安全工作者会选择系统当前时间作为种子喂给伪随机数发生器，继而生成密钥，因为在他们看来，程序什么时候运行是不确定的，所以种子也是不确定的，所以生成的密钥随机性可以得到保证。 事实上，由于产生随机数是很多系统必须具备的基本功能，所以一般操作系统中都集成了生成随机数的功能组件，这些组件并不是简单地使用系统当前时间作为种子，而是从物理世界的不确定性来获得随机性。这些物理世界的不确定性包括键盘敲击间隔、鼠标移动、系统中断时间。例如，Linux操作系统通过以下函数获得物理世界的随机性： void add_keyboard_randomness(unsigned char scancode); void add_mouse_randomness(__u32 mouse_data); void add_interrupt_randomness(int irq); void add_blkdev_randomness(int major); 第一种方法add_keyboard_randomness()，使用按键之间的计时收集随机数； 第二种方法add_mouse_randomness()，使用鼠标移动和中断计时收集随机数； 第三种方法add_interrupt_randomness()，使用中断时间收集随机数。当然，并非所有中断都是随机性的良好来源。例如，计时器中断不是一个好的选择，因为它是可预测的。然而，磁盘中断是一种更好的措施。 第四种方法add_blkdev_randomness()，收集系统事件（如硬件中断、键盘输入、鼠标移动等）的随机性，以确保生成的随机数具有足够的不确定性和不可预测性。 Linux系统随机数 Linux将从物理资源收集的随机数据存储到一个随机池中，将池中的数据视为“种子”，可以使用种子生成我们想要的任意多个伪随机数。然后使用两个设备文件（/dev/random和/dev/urandom）将随机数据转化为伪随机数。 文件内容显示命令cat cat命令用于显示文件内容，例如： cat output.bin cat output.bin | hexdump 十六进制数据查看命令hexdump hexdump [选项] [文件]... -n length 只格式化输入文件的前length个字节。 -C 输出规范的十六进制和ASCII码。 -b 单字节八进制显示。 -c 单字节字符显示。 -d 双字节十进制显示。 -o 双字节八进制显示。 -x 双字节十六进制显示。 -s 从偏移量开始输出。 -e 指定格式字符串，格式字符串包含在一对单引号中，格式字符串形如：'a/b "format1" "format2"'。 例如 hexdump -C a.txt //以十六进制形式显示文件a.txt的内容 文件内容显示命令head head命令用于显示文件开头的内容（指定行数或字节数），默认显示前10行。 -n: 输出的行数 例如： head -n 5 f1.txt //显示文件f1.txt的前5行 head -n 5 f1.txt > h1 //把文件f1.txt前5行写入新文件h1 -c: 输出的字节数 例如： head -c 10 f1.txt //显示文件f1.txt的前5个字节 head -c 10 f1.txt > h2 //把文件f1.txt前10个字节写入新文件h2 步骤要求 实验的工作目录是/data/workspace/myshixun。 1. 观察/dev/urandom的行为 查看当前由/dev/urandom产生的系统随机数，以十六进制形式显示随机数。 注意观察随机数变化，移动鼠标，观察鼠标移动对结果是否有影响。 # cat /dev/urandom | hexdump 2. 分析设备文件/dev/urandom生成的伪随机数质量 从设备文件/dev/urandom生成1 MB的伪随机数，生成的伪随机数写入文件outUr.txt中。 使用工具 ent 对设备文件 /dev/urandom 生成的伪随机数进行质量分析，分析结果写入文件entUr.txt。描述分析结果，并判断生成的伪随机数质量是否良好。 分析结果形式如下图。 3. 从设备文件/dev/urandom生成流密码密钥 从设备文件/dev/urandom生成16字节（即128比特位）的伪随机数并写入文件keyUr.txt，请用正确的命令查看密钥。 注意：生成的这16字节伪随机数将作为第4关任务中流密码的密钥。 测试说明 平台会对你的操作进行测试。
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