Как приручить рандом?

Рандомайзеры кажутся простой вещью — ведь в любом языке программирования есть встроенные генераторы случайных чисел. Например, в C# можно использовать класс Random. Но важно понимать: это не «настоящая случайность», а псевдослучайность — числа получаются по алгоритму и при одинаковом начальном значении (seed) последовательность будет одинаковой.

<i>Эмиль Габриелян, .NET-разработчик Altenar</i>

Эмиль Габриелян, .NET-разработчик Altenar, рассказал, как правильно использовать генераторы случайных чисел и что выбрать для разных задач.

Класс Random в .NET основан на генерации псевдослучайной последовательности из начального числа (seed). По умолчанию seed берётся из системного времени.

Отсюда две особенности.

Если создавать несколько объектов Random подряд слишком быстро, они могут инициализироваться одинаковым seed и давать одинаковые числа.
Если использовать один экземпляр долго, последовательность будет достаточно разнообразной для большинства бытовых задач (игры, симуляции, выбор случайных элементов).

С выходом .NET 6 появилась удобная альтернатива — Random.Shared. Это готовый потокобезопасный экземпляр, который можно использовать в любом месте без риска получить одинаковые последовательности:

for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine(Random.Shared.Next()); }

Если требуется безопасность (генерация паролей, токенов, криптографических ключей), Random не подходит. Его последовательность можно воспроизвести, если знать seed.

Для таких случаев есть криптографически стойкий генератор — System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator. Он использует энтропию операционной системы:

using System.Security.Cryptography; byte[] bytes = new byte[16]; RandomNumberGenerator.Fill(bytes); // bytes содержит криптостойкие случайные данные

Иногда предсказуемость полезна. В модульных тестах или при симуляциях для отладки удобно, чтобы при каждом запуске программа выдавала одну и ту же «случайную» последовательность. Для этого можно явно задать seed:

var rnd = new Random(12345);

Операционная система собирает хаотичные события (движения мыши, время между нажатиями клавиш, сетевые задержки). Эти данные доступны через такие источники, как /dev/random и /dev/urandom в Linux. Именно они лежат в основе криптографических генераторов, которые мы используем через .NET API.

«Просто рандома» не бывает. Важно понимать задачу и уметь выбирать подходящий инструмент. Для игр, симуляций и выборки данных достаточно Random (инициализированного один раз). Для всего, что связано с безопасностью, используйте только криптографические генераторы (RandomNumberGenerator). Для тестирования задавайте фиксированный seed. Если понимать природу псевдослучайности, то можно ей управлять и получать именно ту «случайность», которая нужна.

Хотите услышать больше историй об IT? Если да, то подписывайтесь на наш основной блог в Telegram, чтобы получить больше опыта от экспертов из Altenar.
#экспертиза@altenar_b2b

Как работает Random

Где нужна настоящая непредсказуемость

Когда стоит фиксировать seed

Настоящая энтропия