前言

　　真正意义上的随机数（或者随机事件）在某次产生过程中是按照实验过程中表现的分布概率随机产生的，其结果是不可预测的，是不可见的。而计算机中的随机函数是按照一定算法模拟产生的，其结果是确定的，是可见的。我们可以这样认为这个可预见的结果其出现的概率是100%。所以用计算机随机函数所产生的“随机数”并不随机，是伪随机数。伪随机数的作用在开发中的使用非常常见，因此.NET在System命名空间，提供了一个简单的Random随机数生成类型。但这个类型并不能满足所有的需求，本节开始就将陆续介绍Math.NET中有关随机数的扩展以及其他伪随机生成算法编写的随机数生成器。

　　今天要介绍的是Math.NET中利用C#快速的生成安全的随机数。

　　如果本文资源或者显示有问题，请参考：

1.什么是安全的随机数？

　　Math.NET在MathNet.Numerics.Random命名空间中的实现了一个基于System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator的安全随机数发生器。

　　实际使用中，很多人对这个不在意，那么Random和安全的随机数有什么区别，什么是安全的随机数呢?

　　在许多类型软件的开发过程中，都要使用随机数。例如纸牌的分发、密钥的生成等等。随机数至少应该具备两个条件：
1. 数字序列在统计上是随机的。
2. 不能通过已知序列来推算后面未知的序列。
　　只有实际物理过程才是真正随机的。而一般来说，计算机是很确定的，它很难得到真正的随机数。所以计算机利用设计好的一套算法，再由用户提供一个种子值，得出被称为“伪随机数”的数字序列，这就是我们平时所使用的随机数。
这种伪随机数字足以满足一般的应用，但它不适用于加密等领域，因为它具有弱点：
1. 伪随机数是周期性的，当它们足够多时，会重复数字序列。
2. 如果提供相同的算法和相同的种子值，将会得出完全一样的随机数序列。
3. 可以使用逆向工程，猜测算法与种子值，以便推算后面所有的随机数列。

　　对于这个随机数发生器，本人深有体会，在研究生期间，我的研究方向就是流密码，其中一个主要的课题就是如何生成高安全性能的随机数发生器，研究了2年吧，用的是混沌生成伪随机数，用于加密算法。.NET自带的Random类虽然能满足常规要求，但在一些高安全场合，是不建议使用的，因为其生成的随机数是可以预测和破解的。所以在.net中也提供了一个用于加密的RandomNumberGenerator。Math.NET就是该类的一个翻版。虽然其效率要比Random更低，但是更安全。

2..NET中使用RNGCryptoServiceProvider的例子

　RNGCryptoServiceProvider的使用可以参考一个MSDN的例子：　　

1 using System; 2 using System.IO; 3 using System.Text; 4 using System.Security.Cryptography; 5  6 class RNGCSP 7 { 8     public static void Main() 9     {      10         for(int x = 0; x <= 30; x++)11             Console.WriteLine(RollDice(6));12     }13     14     public static int RollDice(int NumSides)15     {    16         byte[] randomNumber = new byte[1];17 18         RNGCryptoServiceProvider Gen = new RNGCryptoServiceProvider();19 20         Gen.GetBytes(randomNumber);21 22         int rand = Convert.ToInt32(randomNumber[0]);23 24         return rand % NumSides + 1;25     }26 }

3.Math.NET中安全随机数类的实现

　　随机数生成器算法的实现基本都类似，这里就看一下Math.NET中安全的随机数生成器CryptoRandomSource类的实现：

1 public sealed class CryptoRandomSource : RandomSource, IDisposable  2 {  3     const double Reciprocal = 1.0/uint.MaxValue;  4     readonly RandomNumberGenerator _crypto;  5   6     ///   7     /// Construct a new random number generator with a random seed.  8     /// 
  9     /// 
      
       Uses 
        and uses the value of 10     /// 
        to set whether the instance is thread safe.
       11     public CryptoRandomSource() 12     { 13         _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); 14     } 15  16     ///  17     /// Construct a new random number generator with random seed. 18     /// 
 19     /// The 
       to use. 20     /// 
      
       Uses the value of  
        to set whether the instance is thread safe.
       21     public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng) 22     { 23         _crypto = rng; 24     } 25  26     ///  27     /// Construct a new random number generator with random seed. 28     /// 
 29     /// 
      
       Uses 
       
       30     /// if set to 
      
       true
       , the class is thread safe. 31     public CryptoRandomSource(bool threadSafe) : base(threadSafe) 32     { 33         _crypto = new RNGCryptoServiceProvider(); 34     } 35  36     ///  37     /// Construct a new random number generator with random seed. 38     /// 
 39     /// The 
       to use. 40     /// if set to 
      
       true
       , the class is thread safe. 41     public CryptoRandomSource(RandomNumberGenerator rng, bool threadSafe) : base(threadSafe) 42     { 43         _crypto = rng; 44     } 45  46     ///  47     /// Returns a random number between 0.0 and 1.0. 48     /// 
 49     /// 
      
        50     /// A double-precision floating point number greater than or equal to 0.0, and less than 1.0. 51     /// 
       52     protected override sealed double DoSample() 53     { 54         var bytes = new byte[4]; 55         _crypto.GetBytes(bytes); 56         return BitConverter.ToUInt32(bytes, 0)*Reciprocal; 57     } 58  59     public void Dispose() 60     { 61 #if !NET35 62         _crypto.Dispose(); 63 #endif 64     } 65  66     ///  67     /// Fills an array with random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. 68     /// 
 69     /// 
      
       Supports being called in parallel from multiple threads.
       70     public static void Doubles(double[] values) 71     { 72         var bytes = new byte[values.Length*4]; 73  74 #if !NET35 75         using (var rnd = new RNGCryptoServiceProvider()) 76         { 77             rnd.GetBytes(bytes); 78         } 79 #else 80         var rnd = new RNGCryptoServiceProvider(); 81         rnd.GetBytes(bytes); 82 #endif 83  84         for (int i = 0; i < values.Length; i++) 85         { 86             values[i] = BitConverter.ToUInt32(bytes, i*4)*Reciprocal; 87         } 88     } 89  90     ///  91     /// Returns an array of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0. 92     /// 
 93     /// 
      
       Supports being called in parallel from multiple threads.
       94     [TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")] 95     public static double[] Doubles(int length) 96     { 97         var data = new double[length]; 98         Doubles(data); 99         return data;100     }101 102     /// 103     /// Returns an infinite sequence of random numbers greater than or equal to 0.0 and less than 1.0.104     /// 
105     /// 
      
       Supports being called in parallel from multiple threads.
      106     public static IEnumerable
      
        DoubleSequence()107     {108         var rnd = new RNGCryptoServiceProvider();109         var buffer = new byte[1024*4];110 111         while (true)112         {113             rnd.GetBytes(buffer);114             for (int i = 0; i < buffer.Length; i += 4)115             {116                 yield return BitConverter.ToUInt32(buffer, i)*Reciprocal;117             }118         }119     }120 }

4.资源

　　源码下载：

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