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PHP种子，确定性，密码安全PRNG（伪随机数生成器） . 可能吗？

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我现在真的是一个选择 . 但是，我发现PHP 7 's new CS functions so I' ve的polyfill实现了该解决方案（https://github.com/paragonie/random_compat） .

我认为srand（）可以用来播种random_int（），但现在我不确定是不是这样 . CSPRNG甚至可以播种吗？如果它可以播种，输出是否是确定性的（相同的随机结果，给定相同的种子）？

这是我的代码：

require_once($_SERVER['DOCUMENT_ROOT']."/lib/assets/random_compat/lib/random.php");

$seed_a = 8138707157292429635;
$seed_b = 'JuxJ1XLnBKk7gPASR80hJfq5Ey8QWEIc8Bt';

class CSPRNG{
    private static $RNGseed = 0;

    public function generate_seed_a(){
        return random_int(0, PHP_INT_MAX);
    }

    public function generate_seed_b($length = 35){
        $characters = '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
        $randomString = '';
        for($i = 0; $i < $length; $i++){
            $randomString .= $characters[random_int(0, strlen($characters) - 1)];
        }
        return $randomString;
    }

    public function seed($s = 0) {
        if($s == 0){
            $this->RNGseed = $this->generate_seed_a();
        }else{
            $this->RNGseed = $s;
        }
        srand($this->RNGseed);
    }

    public function generate_random_integer($min=0, $max=PHP_INT_MAX, $pad_zeros = true){
        if($this->RNGseed == 0){
            $this->seed();
        }
        $rnd_num = random_int($min, $max);
        if($pad_zeros == true){
            $num_digits = strlen((string)$max);
            $format_str = "%0".$num_digits."d";
            return sprintf($format_str, $rnd_num);
        }else{
            return $rnd_num;
        }
    }

    public function drawing_numbers($seed_a, $num_of_balls = 6){
        $this->seed($seed_a);
        $draw_numbers = array();
        for($i = 0; $i < $num_of_balls; $i++) {
            $number = ($this->generate_random_integer(1, 49));
            if(in_array($number, $draw_numbers)){
                $i = $i-1;
            }else{
                array_push($draw_numbers, $number);
            }
        }
        sort($draw_numbers);
        return $draw_numbers;
    }
}

$CSPRNG= new CSPRNG();

echo '<p>Seed A: '.$seed_a.'</p>';
echo '<p>Seed B: '.$seed_b.'</p>';
$hash = hash('sha1', $seed_a.$seed_b);
echo '<p>Hash: '.$hash.'</p>';

$drawNumbers = $CSPRNG->drawing_numbers($seed_a);
$draw_str = implode("-", $drawNumbers);
echo "<br>Drawing: $draw_str<br>";

运行此代码时，Drawing（$ draw_str）在每次运行时都应该相同，但事实并非如此 .

为了证明绘图是公平的，在挑选和显示中奖号码之前选择种子（种子A） . 还生成另一个随机数（种子B） . 将种子B用作盐并与种子A组合，并将结果进行哈希处理 . 在绘图之前向用户显示该哈希 . 他们还将获得源代码，以便在挑选获胜号码时，揭示两个种子 . 他们可以验证哈希匹配并且一切都公平地完成 .

php security random cryptography numbers

2 回答

  • 4

    Duskwuff问道：

    您打算如何证明种子被公平选择？可疑用户可以轻易声称您选择的种子会为特定用户带来有利结果，或者您提前向特定用户显示种子 .

    在研究解决方案之前，您要解决的问题究竟是什么？你的威胁模型是什么？

    听起来你想要SeedSpring（版本0.3.0支持PHP 5.6） .

    $prng = new \ParagonIE\SeedSpring\SeedSpring('JuxJ1XLnBKk7gPAS');
$byte = $prng->getBytes(16);
\var_dump(bin2hex($byte));

    这应该总是返回：

    string(32) "76482c186f7c5d1cb3f895e044e3c649"

    这些数字应该是公正的，但由于它是基于预先共享的种子，因此严格来说，它不是加密安全的 .

    请记住，SeedSpring是作为玩具实现/概念证明创建的，而不是官方的Paragon Initiative Enterprises开源安全解决方案，因此请随意分叉并根据您的目的进行调整 . （我怀疑我们的分支将达到“稳定的1.0.0发布”） .

    （另外，如果您的答案更正确 . 使用ECB模式加密nonce比使用AES-CTR加密NUL字节的长流更有效，大致相同的安全性. This is one of the extremely rare occasions that ECB mode is okay. ）

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  • 4

    首先，您不应该实现自己的用户空间CSPRNG . 安装了PHP 5的操作系统已经安装了CSPRNG，您应该使用它来获取所有随机性，除非您知道可以使用它，或者性能是一个问题 . 您应该使用 random_int() ， random_bytes() 或 openssl_random_pseudo_bytes() .

    但是，如果必须实现用户空间CSPRNG，则可以通过简单地使用AES库（E.G . ：libsodium）并加密计数器来完成 . Psuedocode将是：

    Uint-128 n = 0;
while true:
    output = AES-ECB(key, n);
    n++;

    在这种情况下，它们的AES密钥需要足够的熵来承受复杂的攻击，或者当然，用户空间CSPRNG的安全性也会崩溃 . 密钥可以是用户提供的密码的 bcrypt() .

    如果您的计数器表示为128位无符号整数始终是唯一的，那么每次使用新计数器“生成”发生器时，您将始终获得唯一的输出 . 如果用以前使用过的计数器播种，但使用不同的键，则输出也会不同 . 最好的情况是每次调用生成器时更改密钥和更改计数器 .

    您可能想在计数器中使用高精度时间戳，例如使用微秒精度 . 这很好，除非您冒着操纵系统时钟的人或某事的风险 . 因此，如果可以操纵时钟，那么CSPRNG发生器可能会受到损害 . 每次调用生成器时，最好提供一个新密钥，并开始使用128位零加密 .

    另外，请注意我们正在使用带有AES的ECB模式 . 不要吓坏了 . ECB在明文提供的密文中保持结构存在问题 . 一般而言，您不应使用ECB模式 . 但是，对于128位数据，您只需要加密单个ECB块，因此不会泄漏结构化数据 . 对于用户空间CSPRNG，ECB优先于CTR，因为您不必跟踪密钥，计数器对象和要加密的数据 . 只需要一个密钥和数据 . 只需确保您永远不会加密超过128位的数据，并且您永远不会需要超过1个块 .

    CSPRNG甚至可以播种吗？

    是的，它应该总是播种 . 如果你看一下你的GNU / Linux操作系统，你可能会注意到 /var/lib/urandom/random-seed 中的一个文件 . 当操作系统关闭时，它会从CSPRNG创建该文件 . 在下次引导时，此文件用于为内核空间CSPRNG设定种子，以防止重用发生器的先前状态 . 每次关机时，该文件都应该更改 .

    如果可以播种，输出是否具有确定性（相同的随机结果，给定相同的种子）？

    是 . 提供相同的种子，密钥等，输出是确定性的，因此输出将是相同的 . 如果你的一个变量发生变化，那么输出会有所不同 . 这就是为什么每次调用生成器都应该重新键入的原因 .

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