rand() 函数是否总是使用相同的种子产生相同的结果？

Question

我正在尝试在 C 中实现一组编码和解码隐写术函数，其中我使用 rand() 将我的数据随机散布在一个数组中。

我使用 rand 来计算随机索引，如下所示：

unsigned int getRandIndex(int size) {
  return ((unsigned)(rand() * 8)) % size;
}

我这样播种兰特：

unsigned long seed = time(NULL);
srand(seed);

我将种子连同我的数据作为包含校验和和长度的 header 的一部分。

我遇到的问题是，在解码时，当我再次使用从数据解码的种子为 rand 函数播种时，rand() 往往会产生像这样的最轻微的变化：

Index at encode:                  | Index at decode:
---------------------------------------------------------------------
.
.
.
At:                        142568 | At:                        142568
At:                        155560 | At:                        155552
                               --                                  --
At:                        168184 | At:                        168184
.
.
.

弄乱我的解码数据。

这是 rand() 函数的限制吗？ 我 100% 确定种子被正确解码 bit-for-bit 因为我已经验证了这一点。

Answer 1

没有。由于多种原因，使用 rand（未完全指定并且本质上使用全局状态）的可重复性很糟糕：

你可能会使用不同的compiler/system，这可能会使用不同的RNG，
您可能使用相同的编译器，但更新到使用不同 RNG 的新版本，
您可能使用相同的编译器，相同的版本，但更新后的 libc，使用不同的 RNG，
您使用相同的编译器和库版本，但有任何其他非确定性的RNG调用顺序，包括但不限于：

a) 其他一些随机性来源，

b) 用户输入，

c) 从运行到运行或
的并发重新排序
d) 您使用的任何库中的任何上述内容。

Answer 2

C 2018 7.22.2.2 2 说：

The srand function uses the argument as a seed for a new sequence of pseudo-random numbers to be returned by subsequent calls to rand. If srand is then called with the same seed value, the sequence of pseudo-random numbers shall be repeated.

这并没有明确表示程序的不同执行顺序是相同的，但我认为这是理解的。但是，它不会扩展到不同的 C 实现，包括那些链接到不同版本的 C 标准库的实现。

Answer 3

OpenBSD's implementation of rand 忽略对 srand 的所有调用，而是提供自动播种的加密强随机数，就像您使用 arc4random 一样；这被记录为故意偏离 C 标准。这表明，即使您的文件总是在生成它们的同一台计算机上解码，也不能保证 rand 会执行您想要的操作。

如果您需要可重复的伪随机数序列，您应该执行工业级统计软件所做的工作，即发布您自己的 PRNG 并记录您选择的算法。（例如参见 [=16=]。）

此外，由于这是一个隐写术应用程序，您需要使用加密强度高 PRNG（也称为流密码） ;仅仅像 Mersenne Twister 这样统计上强大的 PRNG 还不够好。

rand() 函数是否总是使用相同的种子产生相同的结果？

Will the rand() function ALWAYS produce the same result with the same seed?

c

random

random-seed