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本文分析了生成用于加密的隨機數(shù)的相關(guān)問題。 PHP 5沒有提供一種簡單的機制來生成密碼學上強壯的隨機數(shù)，但是PHP 7通過引入幾個CSPRNG函數(shù)來解決了這個問題。
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什么是CSPRNG
引用維基百科,一個密碼學上安全的偽隨機數(shù)發(fā)生器（Cryptographically Secure Pseudorandom Number Generator 縮寫CSPRNG）是一個偽隨機數(shù)生成器（PRNG）,其生成的偽隨機數(shù)適用于密碼學算法。
CSPRNG可能主要用于:
密鑰生成（例如,生成復(fù)雜的密鑰）
為新用戶產(chǎn)生隨機的密碼
加密系統(tǒng)
獲得高級別安全性的一個關(guān)鍵方面就是高品質(zhì)的隨機性
PHP7 中的CSPRNG
PHP 7引入了兩個新函數(shù)可以用來實現(xiàn)CSPRNG： random_bytes 和 random_int。
random_bytes 函數(shù)返回一個字符串，接受一個int型入?yún)⒋矸祷亟Y(jié)果的字節(jié)數(shù)。
例子：
- $bytes = random_bytes('10');
- var_dump(bin2hex($bytes));
- //possible ouput: string(20) "7dfab0af960d359388e6"
random_int 函數(shù)返回一個指定范圍內(nèi)的int型數(shù)字。
例子：
- var_dump(random_int(1, 100));
- //possible output: 27
后臺運行環(huán)境
以上函數(shù)的隨機性不同的取決于環(huán)境：
在window上，CryptGenRandom()總是被使用。
在其他平臺，arc4random_buf()如果可用會被使用（在BSD系列或者具有l(wèi)ibbsd的系統(tǒng)上成立）
以上都不成立的話，一個linux系統(tǒng)調(diào)用getrandom(2)會被使用。
如果還不行，/dev/urandom 會被作為最后一個可使用的工具
如果以上都不行，系統(tǒng)會拋出錯誤
一個簡單的測試
一個好的隨機數(shù)生成系統(tǒng)保證合適的產(chǎn)生“質(zhì)量”。為了檢查這個質(zhì)量, 通常要執(zhí)行一連串的統(tǒng)計測試。不需要深入研究復(fù)雜的統(tǒng)計主題，比較一個已知的行為和數(shù)字生成器的結(jié)果可以幫助質(zhì)量評價。
一個簡單的測試是骰子游戲。假設(shè)擲1個骰子1次得到結(jié)果為6的概率是1/6，那么如果我同時擲3個骰子100次,得到的結(jié)果粗略如下：
0 個6 = 57.9 次
1 個6 = 34.7次
2 個6 = 6.9次
3 個6 = 0.5次
以下是是實現(xiàn)實現(xiàn)擲骰子1,000,000次的代碼：
- $times = 1000000;
- $result = [];
- for ($i=0; $i<$times; $i++){
- $dieRoll = array(6 => 0); //initializes just the six counting to zero
- $dieRoll[roll()] += 1; //first die
- $dieRoll[roll()] += 1; //second die
- $dieRoll[roll()] += 1; //third die
- $result[$dieRoll[6]] += 1; //counts the sixes
- }
- function roll(){
- return random_int(1,6);
- }
- var_dump($result);
用PHP7 的 random_int 和簡單的 rand 函數(shù)可能得到如下結(jié)果
|
Sixes |
expected |
random_int |
|
0 |
579000 |
579430 |
|
1 |
347000 |
346927 |
|
2 |
69000 |
68985 |
|
3 |
5000 |
4658 |
如果先看到rand 和 random_int 更好的比較我們可以應(yīng)用一個公式把結(jié)果畫在圖上。公式是：(php結(jié)果-期待的結(jié)果)/期待結(jié)果的0.5次方。
結(jié)果圖如下：
（接近0的值更好）
盡管3個6的結(jié)果表現(xiàn)不好，并且這個測試對實際應(yīng)用來說太過簡單我們?nèi)钥梢钥闯?nbsp;random_int 表現(xiàn)優(yōu)于 rand.
進一步，我們的應(yīng)用的安全級別由于不可預(yù)測性和隨機數(shù)發(fā)生器的可重復(fù)行為而得到提升。
PHP5 呢
缺省情況下，PHP5 不提供強壯的隨機數(shù)發(fā)生器。實際上，還是有選擇的比如 openssl_random_pseudo_bytes(), mcrypt_create_iv() 或者直接使用fread()函數(shù)來使用 /dev/random 或 /dev/urandom 設(shè)備。也有一些包比如 RandomLib 或 libsodium.
如果你想要開始使用一個更好的隨機數(shù)發(fā)生器并且同時準備好使用PHP7，你可以使用Paragon Initiative Enterprises random_compat 庫。 random_compat 庫允許你在 PHP 5.x project.使用 random_bytes() and random_int()
這個庫可以通過Composer安裝：
- composer require paragonie/random_compat
- require 'vendor/autoload.php';
- $string = random_bytes(32);
- var_dump(bin2hex($string));
- // string(64) "8757a27ce421b3b9363b7825104f8bc8cf27c4c3036573e5f0d4a91ad2aaec6f"
- $int = random_int(0,255);
- var_dump($int);
- // int(81)
random_compat 庫和PHP7使用不同的順序:
- fread() /dev/urandom if available
- mcrypt_create_iv($bytes, MCRYPT_CREATE_IV)
- COM('CAPICOM.Utilities.1')->GetRandom()
- openssl_random_pseudo_bytes()
想知道為什么是這個順序建議閱讀 documentation.
這個庫的一個簡單應(yīng)用用來產(chǎn)生密碼：
- $passwordChar = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
- $passwordLength = 8;
- $max = strlen($passwordChar) - 1;
- $password = '';
- for ($i = 0; $i < $passwordLength; ++$i) {
- $password .= $passwordChar[random_int(0, $max)];
- }
- echo $password;
- //possible output: 7rgG8GHu
總結(jié)
你總是應(yīng)該使用一個密碼學上安全的偽隨機數(shù)生成器，random_compat 庫提供了一種好的實現(xiàn)。
如果你想要使用可靠的隨機數(shù)據(jù)源，如你在本文所見，建議盡快使用 random_int 和 random_bytes.
譯文鏈接：http://www.codeceo.com/article/php-random.html
英文原文：Randomness in PHP – Do You Feel Lucky?
名稱欄目：PHP中的隨機性——你覺得自己幸運嗎？
鏈接地址：http://www.dlmjj.cn/article/djoejoh.html
