随机数的产生原理与实现

随机数的产生原理与实现 
 
下载本节例子程序和源代码 (3.91 KB)

随机数的产生在病毒中占有十分重要的地位，尤其是在变形引擎中，没有它就不成事了……因此，今天就让我们来探讨一下如何产生一个随机数。

首先值得说明的是，要产生一个随机数，方法有很多种，例如混沌和分形理论（原理比较复杂，但是公式却异常简单，将来有空的话我会介绍一下）……但是这些方法的缺点是计算难度大，需要花费的时间多，有没有一种实现起来比较简单的方法呢？

答案是肯定的。我们先来看一条数学公式：

Rand_Number = (Rand_Seed * X + Y) mod Z

利用这条公式，我们就可以生成一个伪随机数了。可是为什么是“伪随机数”呢？因为实际上要保证每次生成的随机数都不同，那是不太可能的，我们唯一能做到的只能是尽量使每次生成的数字与前面的不同，并且尽量使生成的数字均匀分布在指定的范围内。

上面的这条公式就能满足这两点。至于为什么……呵呵，我也不懂，因为它牵涉到十分复杂的数学求证过程，我们只需要知道如何应用就成了：

Rand_Seed 表示随机数种子，注意这个“种子”必须每次都不同，我们可以简单地利用 GetTickCount() 这个 API 来获得不同的数字，当然，你也可以用别的方法来取得，例如读取当前鼠标的坐标等等……

X、Y必须至少有一个为素数。什么叫素数？Hoho，让我们来翻翻小学课本……素数就是除了 1 和它本身，不能被其他数整除的数字。在这里我们可以简单地给 X、Y 赋值 23 和 7 ，其实别的素数也行，我只是随便取了这两个数字。

最后，Z 也应该是一个素数，这样才能保证产生的随机数能得到上限的值。不过我在实践中发现，这个 Z 不一定要准确地为素数。Why? I also don’t know...

总结一下，利用以上的公式，我们可以编写汇编代码如下：

iRand   proc uses ecx edx first:DWORD, second:DWORD
   invoke GetTickCount ; 取得随机数种子，当然，可用别的方法代替
   mov ecx, 23         ; X = ecx = 23
   mul ecx             ; eax = eax * X
   add eax, 7          ; eax = eax + Y （Y = 7）
   mov ecx, second     ; ecx = 上限
   sub ecx, first      ; ecx = 上限 - 下限
   inc ecx             ; Z = ecx + 1 （得到了范围）
   xor edx, edx        ; edx = 0
   div ecx             ; eax = eax mod Z （余数在edx里面）
   add edx, first      ; 修正产生的随机数的范围
   mov eax, edx        ; eax = Rand_Number
   ret
iRand   endp

然后用以下语句调用：

invoke iRand, 1, 100

这样就产生了一个在 1 和 100 之间的随机数啦。

是不是很简单呢？最后我再给出一个利用本代码的例子，演示如何生成随机数：

;*********************************************************
;程序名称：随机数的产生原理与实现
;作者：罗聪
;日期：2002-11-21
;出处：http://www.LuoCong.com（老罗的缤纷天地）
;注意事项：如欲转载，请保持本程序的完整，并注明：
;转载自“老罗的缤纷天地”（http://www.LuoCong.com）
;*********************************************************

.386
.model flat, stdcall
option casemap:none

include /masm32/include/windows.inc
include /masm32/include/kernel32.inc
include /masm32/include/user32.inc
includelib /masm32/lib/kernel32.lib
includelib /masm32/lib/user32.lib

WndProc         proto :DWORD, :DWORD, :DWORD, :DWORD
iRand           proto :DWORD, :DWORD

.const
IDC_BUTTON_GENERATE equ 3000
IDC_EDIT_FIRST      equ 3001
IDC_EDIT_SECOND     equ 3002

.data
szDlgName           db  "lc_dialog", 0
szCaption           db  "Rand Number Generator by LC", 0
szText              db  255 dup(0)
szTemplate          db  "(%d ~ %d)随机数：", 13, 10, 13, 10,/
                       "         %d", 13, 10, 13, 10,/
                       "老罗的缤纷天地", 13, 10,/
                       "http://www.LuoCong.com", 0
nFirst              dd  0
nSecond             dd  0

.code
main:
   invoke GetModuleHandle, NULL
   invoke DialogBoxParam, eax, offset szDlgName, 0, WndProc, 0
   invoke ExitProcess, eax

WndProc proc hWnd:HWND, uMsg:UINT, wParam:WPARAM, lParam:LPARAM
   LOCAL hEdit: HWND

   .if uMsg == WM_CLOSE
       invoke EndDialog, hWnd, 0
      
   .elseif uMsg == WM_COMMAND
       mov eax, wParam
       mov edx, eax
       shr edx, 16
       movzx eax, ax
       .if edx == BN_CLICKED
           .if eax == IDCANCEL
               invoke EndDialog, hWnd, NULL
           .elseif eax == IDC_BUTTON_GENERATE || eax == IDOK
               ;获得上限：
               invoke GetDlgItemInt, hWnd, IDC_EDIT_FIRST, NULL, TRUE
               mov nFirst, eax
               ;获得下限：
               invoke GetDlgItemInt, hWnd, IDC_EDIT_SECOND, NULL, TRUE
               mov nSecond, eax
               ;产生随机数：
               invoke iRand, nFirst, nSecond
               ;输出：
               invoke wsprintf, addr szText, addr szTemplate, nFirst, nSecond, eax
               invoke MessageBox, hWnd, addr szText, addr szCaption, MB_OK or MB_ICONINformATION
           .endif
       .endif
   .else
       mov eax, FALSE
       ret
   .endif
   mov eax, TRUE
   ret
WndProc endp

;**********************************************************************
; 函数功能：产生范围从 first 到 second 的随机数
; 传入参数：
;           first  = 下限
;           second = 上限
; 返回参数：
;           eax = Rand_Number
; 所用公式：
;           Rand_Number = (Rand_Seed * X + Y) mod Z
; 补充说明：
;           (1)本例中用 GetTickCount 来取得随机数种子，
;              在实际应用中，可用别的方法代替。
;           (2)要产生随机数，X和Y其中之一必须是素数，
;              所以 X = 23, Y = 7（可用别的素数代替）
;**********************************************************************
iRand   proc uses ecx edx first:DWORD, second:DWORD
   invoke GetTickCount ; 取得随机数种子，当然，可用别的方法代替
   mov ecx, 23         ; X = ecx = 23
   mul ecx             ; eax = eax * X
   add eax, 7          ; eax = eax + Y （Y = 7）
   mov ecx, second     ; ecx = 上限
   sub ecx, first      ; ecx = 上限 - 下限
   inc ecx             ; Z = ecx + 1 （得到了范围）
   xor edx, edx        ; edx = 0
   div ecx             ; eax = eax mod Z （余数在edx里面）
   add edx, first      ; 修正产生的随机数的范围
   mov eax, edx        ; eax = Rand_Number
   ret
iRand   endp

end main
;********************   over    ********************
;by LC

它的资源文件：

#include "resource.h"

#define IDC_BUTTON_GENERATE 3000
#define IDC_EDIT_FIRST      3001
#define IDC_EDIT_SECOND     3002
#define IDC_STATIC          -1

LC_DIALOG DIALOGEX 10, 10, 210, 60
style DS_SETFONT | DS_CENTER | WS_MINIMIZEBOX | WS_VISIBLE | WS_CAPTION | WS_SYSMENU
CAPTION "Rand Number Generator by LC, 2002-11-21"
FONT 8, "MS Sans Serif"
BEGIN
   LTEXT           "Please input the range below:", IDC_STATIC, 5, 5, 200, 10
   RTEXT           "From:", IDC_STATIC, 10, 20, 20, 10
   EDITTEXT        IDC_EDIT_FIRST, 30, 20, 70, 10, ES_AUTOHSCROLL | NOT WS_BORDER, WS_EX_STATICEDGE
   RTEXT           "To:", IDC_STATIC, 110, 20, 20, 10
   EDITTEXT        IDC_EDIT_SECOND, 130, 20, 70, 10, ES_AUTOHSCROLL | NOT WS_BORDER, WS_EX_STATICEDGE
   DEFPUSHBUTTON   "Generate(&G)", IDC_BUTTON_GENERATE, 70, 40, 50, 13, BS_FLAT | BS_CENTER
END

如果您还有什么疑问，或者发现了我的表述和理解有误，欢迎来信交流。lcother@163.net 
 
老罗于
2002-11-22