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如果使用 Math.random() 计算中奖概率会有什么问题吗?

Posted on:2024年8月10日 at 17:07

一、引言

我们日常开发经常会用到随机数,基本上我接触下来,都是使用 Math.random() 生成的。

例如生成随机ID:

document.body.id = ('_' + Math.random()).replace('0.', '');
``

请问这样实现有没有问题?

回答:没有问题。

例如随机排序:

```js
[1, 2, 3, 4, 5].sort(_ => Math.random() - .5);

请问这样实现有没有问题?

回答:没有问题。

但是,如果你希望实现加密操作,例如生成密钥,尤其是在 Node.js 服务层,则 Math.random() 就有问题了,会有潜在的安全风险,需要使用 crypto.getRandomValues() 方法。

二、Math.random的安全风险

提到 Math.random() 的安全风险,有开发人员会说因为 Math.random() 返回的是伪随机数。

这个解释似是而非,和伪随机数没有关系,getRandomValues() 方法返回的也是伪随机数。

还有人说因为 Math.random() 返回的随机值范围不是均匀的,这个回答就不是似是而非了,而是大错特错。

那究竟为何是不安全的呢?

这个就要讲讲 Math.random() 方法的底层实现了,这里有一篇文章有深入介绍,我简述下其中的要点。

Math.random() 函数返回一个范围0-1的伪随机浮点数,其在 V8 中的实现原理是这样的:

为了保证足够的性能,Math.random() 随机数并不是实时生成的,而是直接生成一组随机数(64个),并放在缓存中。

当这一组随机数取完之后再重新生成一批,放在缓存中。

由于 Math.random() 的底层算法是公开的(xorshift128+ 算法),V8 源码可见,因此,是可以使用其他语言模拟的,这就导致,如果攻击者知道了当前随机生成器的状态,那就可以知道缓存中的所有随机数,那就很容易匹配与破解。

例如抽奖活动,使用 Math.random() 进行随机,那么就可以估算出一段时间内所有的中奖结果,从而带来非常严重且致命的损失。

此时应该使用 getRandomValues() 方法。

三、了解getRandomValues方法

Crypto.getRandomValues() 方法返回的也是伪随机数,不是真随机,按照 MDN 的说法,是为了性能考虑,没有使用真随机。

实际上,按照我的认识,所有可以使用算法生成的随机数都可以看成是伪随机数,真随机数应该是存在自然界,例如粒子的起伏,声音的噪点,分子的分布等。

Math.random() 方法的区别在于,getRandomValues() 方法的随机种子生成器更加的无序,例如系统层面的无序源(有些硬件自带随机种子)。

然后不同浏览器下 getRandomValues() 方法生成的随机数可能是有区别的。

以及 getRandomValues() 方法的底层实现是没有缓存的,随机数都是实时生成的,因此,性能上是要比 Math.random() 差的,因此,如果是高并发的场景,同时随机数仅仅是用做随机,与安全和金钱不相关,请使用 Math.random() 而不是 getRandomValues()

就 Web 前端而言,必须要使用 getRandomValues() 方法的场景很少,不过由于纯前端几乎不存在所谓的高并发,因此,你使用 getRandomValues() 方法也是可以的,有装逼的作用。

语法和使用

let randNumber = self.crypto.getRandomValues(new Uint32Array(1))[0];
// 一串随机整数,通常10位
console.log(randNumber);

语法为:

crypto.getRandomValues(typedArray);

支持的参数 typedArray 表示整数型的类型数组,包括:Int8Array, Uint8Array, Int16Array, Uint16Array, Int32Array 或者 Uint32Array。

返回值回是所有被替换为随机数的新的数组。

不过 getRandomValues() 方法名称有些长,不利于记忆和敏捷使用,我们可以改造下,例如:

Math.randomValue = function () {
  return self.crypto.getRandomValues(new Uint32Array(1))[0];
};

这样我们就可以使用 Math.randomValue() 方法返回足够安全的随机值了。

原文转自:https://fe.ecool.fun/topic/96c01fd6-3a42-497e-aca3-4232d08b8e6b