密码学随机数生成器全解析
1. 随机数概述
在密码学及其他领域,随机数都有着重要的地位。随机字符串是由 0 和 1 组成的长随机序列,随机数则是具有固定长度的随机字符串的一部分,例如 56 位的随机数可作为 DES 密钥。随机生成器(也称为随机数生成器)是一种能产生随机字符串的程序。
随机数在密码学中的重要性不言而喻,但在密码学之外,它也有诸多用途:
- 计算机游戏中,随机决定外星人出现的方向。
- 模拟程序里,随机确定哪些国家会沉入海底以及某种疾病导致的死亡人数。
- 概率算法在精确计算过于复杂时,利用随机数计算近似值。
这些广泛的应用使得关于随机数的研究文献不断增多。
2. 密码学中的随机数
很多人认为现有的随机数生成程序可直接用于密码学,这其实是错误的。像模拟程序和计算机游戏等对随机数的要求远低于密码学,这与密码学哈希函数和密码学协议面临的问题类似。
概率算法和大多数模拟程序只需要具有特定统计属性的随机字符串,此时“随机”可定义为“统计分布良好”。计算机游戏还要求玩家难以预测外星人出现的方向,即“统计分布良好且不易预测”。
而密码学对随机数的要求更为严格,即使付出巨大代价并经过多次尝试,攻击者 Mallory 也不能预测随机数。在密码学中,“随机”意味着“在现实成本下不可预测”。大多数文献中提及或编译器中实现的随机生成器无法满足密码学的特殊要求,对于 Mallory 这样不惜代价的窃听者来说,这些随机数很容易被猜出。因此,密码学家需要开发新的随机生成器。
例如,Netscape 最初的 Navigator 使用简单的随机数生成程序,学生 Ia
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