树莓派的硬件随机数生成器

auleehung

大部分计算机不能生成真正的随机数。他们使用生成很长伪随机数流的公式，但是真正的随机来自模拟元件的热噪音。Raspberry Pi有这样一个电子元件，它可以为安全传输提供种子数据（seed data）。直到最近才为这个电子元件提供了驱动。想要激活它（在Raspbian上）：

• 确保你的系统是最新的
  sudo apt-get update
  sudo apt-get -y dist-upgrade
  sudo rpi-update
  and, if necessary, reboot.
• 安装模组:
  sudo modprobe bcm2708-rng
• 想要确保它总是被加载，在/etc/modules中添加下述行（以root权限编辑）:
  bcm2708-rng
• 对于一些RNG相关工作，安装rng-tools:
  sudo apt-get install rng-tools
  

现在/dev/hwrng设备就可用了，但是只能以root用户读取。

随机看起来是什么样子

随机数看起来相当枯燥。这是随机的RGB值：

sudo cat /dev/hwrng  | rawtoppm -rgb 256 256 | pnmtopng > random$(date +%Y%m%d%H%M%S).png

（你需要安装netpbm工具包才能执行上述命令）

随机听起来是什么样子

两段简短的WAV噪音样本:

• random20130603234239
• random20130603234250
  

是的，听起来像静电干扰。这是使用rndsound.sh这个脚本做的。你需要安装sox才能执行它。

这不随机

如果听起来像静电干扰，即使有时候像静电干扰，那么它也有可能不是真正的随机噪音。伪随机数并不随机的一个声名狼藉的案例是RANDU，咋一看生成非常随机的结果，但是仔细研究发现结果是可预测的。

我写了（我认为是）一个C语言实现的RANDU：randu.c。虽然它可以生成听起来近似随机的音频数据（randu17.wav），但是如果你以图像的形式输出：

这些条纹泄露了真像；本来是不应该有规律的。测试随机数据是难的，然而——你确实需要大量的测试，即使其中某些测试对于真正的随机输出也可能会失败。谢天谢地，当你安装了rngtools,它包含rngtest，一个简单的随机数据检测器：

sudo cat /dev/hwrng | rngtest -c 1000
rngtest 2-unofficial-mt.14
Copyright (c) 2004 by Henrique de Moraes Holschuh
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

rngtest: starting FIPS tests…
rngtest: bits received from input: 20000032
rngtest: FIPS 140-2 successes: 1000
rngtest: FIPS 140-2 failures: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Monobit: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Poker: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Runs: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Long run: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Continuous run: 0
rngtest: input channel speed: (min=67.969; avg=921.967; max=1953125.000)Kibits/s
rngtest: FIPS tests speed: (min=842.881; avg=3208.336; max=6407.890)Kibits/s
rngtest: Program run time: 27658884 microseconds

很幸运对于这次运行没有测试失败；有时会有一些失败。但是对于RANDU，情况就很糟糕了：

./randu 17  | rngtest -c 1000
rngtest 2-unofficial-mt.14
Copyright (c) 2004 by Henrique de Moraes Holschuh
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

rngtest: starting FIPS tests…
rngtest: bits received from input: 20000032
rngtest: FIPS 140-2 successes: 0
rngtest: FIPS 140-2 failures: 1000
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Monobit: 730
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Poker: 1000
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Runs: 289
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Long run: 0
rngtest: FIPS 140-2(2001-10-10) Continuous run: 0
rngtest: input channel speed: (min=45.630; avg=14255.221; max=19073.486)Mibits/s
rngtest: FIPS tests speed: (min=23.694; avg=154.238; max=176.606)Mibits/s
rngtest: Program run time: 141071 microseconds

看到了么？好多失败。它一点儿都不随机。如果你真的想要测试随机性，可以采用dieharder测试。虽然它需要执行很长时间。

fashoionxu

很有意思的东西。

PHP

直到最近才为这个电子元件提供了驱动。

能不能给个来源，很好奇。