如何在C中使用/ dev / random或urandom？

Question 1

我想使用/dev/random或/dev/urandom在C中使用。我该怎么做？我不知道如何用C处理它们，如果有人知道，请告诉我怎么做。谢谢。

Question 2

通常，最好避免打开文件以获取随机数据，因为该过程中存在多个故障点。

在最近的Linux发行版，该getrandom系统调用可用来获取加密安全随机数，它不能失败，如果 GRND_RANDOM是没有指定为标志和读取量最多256个字节。

截至2017年10月，OpenBSD，Darwin和Linux（带有-lbsd）现在都已实现了arc4random加密安全并且不会失败。这使其成为一个非常有吸引力的选择：

char myRandomData[50];
arc4random_buf(myRandomData, sizeof myRandomData); // done!

否则，您可以像使用文件一样使用随机设备。您从他们那里读到并且得到了随机数据。我在这里使用open/ read，但fopen/fread也可以正常使用。

int randomData = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
if (randomData < 0)
{
    // something went wrong
}
else
{
    char myRandomData[50];
    ssize_t result = read(randomData, myRandomData, sizeof myRandomData);
    if (result < 0)
    {
        // something went wrong
    }
}

在关闭文件描述符之前，您可能会读取更多随机字节。/ dev / urandom永远不会阻塞，并且总是按照您的请求填充尽可能多的字节，除非系统调用被信号中断。它被认为是加密安全的，应该是您的随机设备。

/ dev / random更挑剔。在大多数平台上，它可以返回的字节数少于您要求的字节数，并且如果没有足够的字节数，它可以阻塞。这使错误处理的故事变得更加复杂：

int randomData = open("/dev/random", O_RDONLY);
if (randomData < 0)
{
    // something went wrong
}
else
{
    char myRandomData[50];
    size_t randomDataLen = 0;
    while (randomDataLen < sizeof myRandomData)
    {
        ssize_t result = read(randomData, myRandomData + randomDataLen, (sizeof myRandomData) - randomDataLen);
        if (result < 0)
        {
            // something went wrong
        }
        randomDataLen += result;
    }
    close(randomData);
}

Question 3

上面还有其他准确的答案。不过，我需要使用FILE*流。这是我做的...

int byte_count = 64;
char data[64];
FILE *fp;
fp = fopen("/dev/urandom", "r");
fread(&data, 1, byte_count, fp);
fclose(fp);

Question 4

只需打开文件进行读取，然后读取数据即可。在C ++ 11中，您可能希望使用std::random_device它提供对此类设备的跨平台访问。

Question 5

Zneak是100％正确的。读取一个比启动时需要的随机数稍大的随机数缓冲区也很常见。然后，您可以在内存中填充一个数组，或将它们写到您自己的文件中以备后用。

上面的典型实现：

typedef struct prandom {
     struct prandom *prev;
     int64_t number;
     struct prandom *next;
} prandom_t;

这或多或少像一条刚刚前进的磁带，可以根据需要由另一个线程神奇地补充。这里有很多的服务提供了与更强大的发电机，如产生什么，但随机数的大型文件的转储：

放射性衰变
光学行为（光子撞击半透明镜）
大气噪声（不如上述噪声强）
陶醉的猴子农场在键盘上打字和移动鼠标（玩耍）

不要对加密种子使用“预包装”的熵，以防万一。这些集合适合模拟，根本不适合生成密钥等。

不用担心质量，如果您需要大量数字来进行蒙特卡洛模拟，那么以不引起read（）阻塞的方式提供它们会更好。

但是，请记住，数字的随机性与生成数字所涉及的复杂性一样具有确定性。/dev/random并且/dev/urandom很方便，但不如使用HRNG（或从HRNG下载大型转储文件）强大。同样值得注意的是，它会/dev/random 通过熵重新填充，因此根据情况它可能会阻塞一段时间。

Question 6

zneak的答案很简单，但是实际情况要复杂得多。例如，您首先需要考虑/ dev / {u} random是否真的是随机数设备。如果您的计算机受到感染，并且设备被替换为/ dev / zero或稀疏文件的符号链接，则可能会发生这种情况。如果发生这种情况，则随机流现在是完全可预测的。

最简单的方法（至少在Linux和FreeBSD上）是在设备上执行ioctl调用，仅当设备是随机生成器时才会成功：

int data;
int result = ioctl(fd, RNDGETENTCNT, &data); 
// Upon success data now contains amount of entropy available in bits

如果这是在第一次读取随机设备之前执行的，那么可以肯定地说您已经拥有了随机设备。因此，@ zneak的答案可以更好地扩展为：

int randomData = open("/dev/random", O_RDONLY);
int entropy;
int result = ioctl(randomData, RNDGETENTCNT, &entropy);

if (!result) {
   // Error - /dev/random isn't actually a random device
   return;
}

if (entropy < sizeof(int) * 8) {
    // Error - there's not enough bits of entropy in the random device to fill the buffer
    return;
}

int myRandomInteger;
size_t randomDataLen = 0;
while (randomDataLen < sizeof myRandomInteger)
{
    ssize_t result = read(randomData, ((char*)&myRandomInteger) + randomDataLen, (sizeof myRandomInteger) - randomDataLen);
    if (result < 0)
    {
        // error, unable to read /dev/random 
    }
    randomDataLen += result;
}
close(randomData);

Insane Coding博客介绍了此问题以及不久前的其他陷阱；我强烈建议您阅读整篇文章。我必须归功于他们从中寻求解决方案的地方。

编辑添加（2014-07-25）...碰巧
，我昨晚读到，作为LibReSSL努力的一部分，Linux似乎正在获取GetRandom（）系统调用。截至撰写本文时，尚无何时在内核通用发行版中提供该功能。但是，这将是获取加密安全的随机数据的首选接口，因为它消除了通过文件访问提供的所有陷阱。另请参见LibReSSL可能的实现。