Golang 加密随机播放

Question

我正在尝试在 Go 中实现一个字符串随机播放函数，它使用 crypto/rand 而不是 math/rand。 Fisher-Yates Shuffle requires random integers so I've tried to implement that functionality, without having to use crypto/rand Int which relies on math/big。以下是迄今为止我想出的最好方法，但有更好的方法吗？我找不到现有示例的事实让我想知道为什么没有人这样做是不是有充分的理由！

package main

import "crypto/rand"
import "fmt"
import "encoding/binary"

func randomInt(max int) int {
    var n uint16
    binary.Read(rand.Reader, binary.LittleEndian, &n)
    return int(n) % max
}

func shuffle(s *[]string) {
        slice := *s
        for i := range slice {
                j := randomInt(i + 1)
                slice[i], slice[j] = slice[j], slice[i]
        }
        *s = slice
    }

func main() {
        slice := []string{"a", "b", "c", "d", "e", "f", "h", "i", "j", "k"}
        shuffle(&slice)
        fmt.Println(slice)
}

Answer 1

n % max中的数字分布不均匀。例如，

package main

import (
    "fmt"
    "math"
)

func main() {
    max := 7
    size := math.MaxUint8
    count := make([]int, size)
    for i := 0; i < size; i++ {
        count[i%max]++
    }
    fmt.Println(count[:max])
}

输出：

[37 37 37 36 36 36 36]

Answer 2

根据收到的评论，我认为我可以通过添加 uniformInt 函数、填充 uint32 而不是 uint16 并删除指向切片的指针来改进问题中的示例。

package main

import "crypto/rand"
import "fmt"
import "encoding/binary"

func randomInt() int {
        var n uint32
        binary.Read(rand.Reader, binary.LittleEndian, &n)
        return int(n)
}

func uniformInt(max int) (r int) {
        divisor := 4294967295 / max // Max Uint32
        for {
                r = randomInt() / divisor
                if r <= max {
                        break
                }
        }
        return
}

func shuffle(slice []string) {
        for i := range slice {
                j := uniformInt(i + 1)
                slice[i], slice[j] = slice[j], slice[i]
        }
}

func main() {
        slice := []string{"a", "b", "c", "d", "e", "f", "h", "i", "j", "k"}
        shuffle(slice)
        fmt.Println(slice)
}

Answer 3

Go 的 math/rand 库具有从 Source 生成随机数字基元的良好工具。

// A Source represents a source of uniformly-distributed 
// pseudo-random int64 values in the range [0, 1<<63).

type Source interface {
    Int63() int64
    Seed(seed int64)
}

NewSource(seed int64) returns 内置的确定性 PRNG，但是 New(source Source) 将允许满足 Source 接口的任何内容。

这是一个由 crypto/rand 支持的 Source 示例。

type CryptoRandSource struct{}

func NewCryptoRandSource() CryptoRandSource {
    return CryptoRandSource{}
}

func (_ CryptoRandSource) Int63() int64 {
    var b [8]byte
    rand.Read(b[:])
    // mask off sign bit to ensure positive number
    return int64(binary.LittleEndian.Uint64(b[:]) & (1<<63 - 1))
}

func (_ CryptoRandSource) Seed(_ int64) {}

你可以这样使用它：

r := rand.New(NewCryptoRandSource())

for i := 0; i < 10; i++ {
    fmt.Println(r.Int())
}

math/rand 库有一个正确实现的 Intn() 方法可以确保均匀分布。

func (r *Rand) Intn(n int) int {
    if n <= 0 {
        panic("invalid argument to Intn")
    }
    if n <= 1<<31-1 {
        return int(r.Int31n(int32(n)))
    }
    return int(r.Int63n(int64(n)))
}

func (r *Rand) Int31n(n int32) int32 {
    if n <= 0 {
        panic("invalid argument to Int31n")
    }
    if n&(n-1) == 0 { // n is power of two, can mask
        return r.Int31() & (n - 1)
    }
    max := int32((1 << 31) - 1 - (1<<31)%uint32(n))
    v := r.Int31()
    for v > max {
        v = r.Int31()
    }
    return v % n
}

func (r *Rand) Int63n(n int64) int64 {
    if n <= 0 {
        panic("invalid argument to Int63n")
    }
    if n&(n-1) == 0 { // n is power of two, can mask
        return r.Int63() & (n - 1)
    }
    max := int64((1 << 63) - 1 - (1<<63)%uint64(n))
    v := r.Int63()
    for v > max {
        v = r.Int63()
    }
    return v % n
}

加密哈希函数也可以包装为 Source 以实现随机性的替代方法。

Golang 加密随机播放

Golang Cryptographic Shuffle

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shuffle

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