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示例代码：随机数应用程序

Intel 平台上的 Android
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2014 年 9 月 18 日

CPOL

4分钟阅读

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本文概述了随机数 API，并演示了如何在 Android* 操作系统上使用不同的 API 生成随机数。

引言

随机数生成器 (RNG) 是一种生成一系列看似不可预测数值的实用程序或设备。RNG 是信息安全应用程序中不可或缺的组件。事实上，一个加密协议可能非常健壮，但由于其底层弱密钥生成方法而遭受广泛攻击。硬件辅助 RNG 可以用来修复这种弱点，从而显著增强加密的健壮性。

本文概述了随机数 API，并演示了如何在 Android* 操作系统上使用不同的 API 生成随机数。

我们建议您在阅读本文档的同时，尝试这些功能并编译代码。

代码和说明

在 Android 中有四种不同的方法来生成随机数。

  • java.util.random
  • java.security.SecureRandom
  • /dev/urandom
  • OpenSSL* API

但是，如果您正在使用 RNG 为保护您的数据生成加密密钥，那么普通的 Random 类已知更容易被破解，不应使用。其他三种方法应该能提供强密钥。

java.util.random

使用 Java* 随机数 API 非常简单。调用 Random.nextInt() 将返回一个 4 字节的随机值（有 2^32 种可能的值）。此 API 在您不依赖真正随机数的场合下工作良好。

for (int i = 0; i < lastVal; i += 2) {
    dataRandomPoints[i] = (rand.nextInt() % widget_width);
    dataRandomPoints[i+1] = (rand.nextInt() % widget_height);

}

java.security.SecureRandom

SecureRandom 类似于 java.util.Random，您可以调用 SecureRandom.nextInt() 返回一个 4 字节的随机值。SecureRandom 在密码学上是安全的，尽管开发者应该注意到最近的 建议，即在生成随机数之前，使用来自 /dev/urandom 的字节来初始化 SecureRandom。下面的示例不使用 /dev/urandom 进行初始化。

SecureRandom srand = new SecureRandom();
shouldDraw = (srand.nextInt() % randomMod );

/dev/urandom

Linux* 操作系统（包括 Android）有一个由内核创建的特殊文件，可以向应用程序提供随机数。这是四种实现中最慢的一种，它通过将操作系统各部分（例如设备驱动程序）的噪声纳入 RNG 来生成加密安全的高熵值。我们可以通过读取 /dev/urandom 文件直接从内核级别获取随机数。如果硬件辅助 RNG 可用，/dev/urandom 将会访问它。

unsigned int cKeyBuffer[keysize];
memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);

FILE *fin;
strcpy(filein, "/dev/urandom");
fin = fopen(filein, "rb");

if (fin != NULL) {
    fread(cKeyBuffer, sizeof(int), keysize, fin);
    fclose (fin);
}

OpenSSL API

我们还可以使用 OpenSSL API 在原生 (C) 代码中获取随机数。您可以看到，OpenSSL 可以使用来自 /dev/urandom 的字节进行初始化，然后用于生成加密安全的随机数。如果硬件辅助 RNG 可用，OpenSSL API 将会访问它。

int seedbytes = 1024;
unsigned int cKeyBuffer[keysize];
memset(cKeyBuffer, 0, sizeof(unsigned int) * keysize);

if (!opensslIsSeeded) {

    if (!RAND_load_file("/dev/urandom", seedbytes)) {
        __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, "Failed to seed OpenSSL RNG");
        return jKeyBuffer;
    }

    opensslIsSeeded = 1;
}

if (!RAND_bytes((unsigned char *)cKeyBuffer, keysize * sizeof(int))) {
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, "Faled to create OpenSSSL random integers: %ul", ERR_get_error);
}

结论

通过实现本文档中描述的示例代码，您可以快速学习四种不同的生成随机数的方法。

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