使用 crypto.generateValues() 生成 0 到 1 的随机数答案

【问题标题】：Generating random numbers 0 to 1 with crypto.generateValues()使用 crypto.generateValues() 生成 0 到 1 的随机数
【发布时间】：2012-11-21 14:10:00
【问题描述】：

看起来 Math.random() 在 [0,1) 范围内生成一个 64 位浮点数，而新的 crypto.getRandomValues() API 只返回整数。使用此 API 在 [0,1) 中生成数字的理想方法是什么？

这似乎可行，但似乎不是最理想的：

ints = new Uint32Array(2)
window.crypto.getRandomValues(ints)
return ints[0] / 0xffffffff * ints[1] / 0xffffffff

编辑：澄清一下，我试图产生比 Math.random()更好的结果。根据我对浮点的理解，应该可以获得 52 位随机性的完全随机分数。 (?)

编辑 2：为了提供更多背景信息，我并没有尝试做任何加密安全的事情，但是有很多关于 Math.random() 实施不佳的轶事故事（例如 http://devoluk.com/google-chrome-math-random-issue.html）所以哪里有更好的有替代品我想用它。

【问题讨论】：

我在 Chrome 中试过你的代码，我也得到了值> 1，例如2.5....
为什么是Math.abs()？从我在 Chrome 中看到的情况来看，随机数是正数。
@ŠimeVidas 实际上，它们必须是正数，因为 OP 使用的是 Uint（无符号整数）缓冲区视图。 crypto.getRandomValues 只是生成一个随机二进制缓冲区，无论使用何种视图，都会将其上下文化为数字。
@apsillers 我明白了。我尝试了Int32Array，确实得到了负数。
为什么是这样的表达方式？不只是ints[0] / 0xffffffff 会产生一个随机的[0,1) 值吗？

标签： javascript random

【解决方案1】：

好吧，如果您确实需要 [0,1) 范围内的数字，这应该是最佳选择。

该代码的问题在于不同数字的几率不再相同。

使用该代码更有可能获得例如 0.5 (1*0.5,0.5*1,0.75*0.666) 而不是 1 (1*1)。

【讨论】：

@ŠimeVidas 确实如此；我修复了错误的示例代码，但我认为规范很明确。

【解决方案2】：

请记住，浮点数只是一个尾数系数，乘以2，得到一个指数：

floating_point_value = mantissa * (2 ^ exponent)

使用Math.random，您可以生成具有 32 位随机尾数的浮点数，并且始终的指数为 -32，因此小数点向左移动 32 位，所以尾数永远不会在小数点的左边有任何部分。

mantissa =         10011000111100111111101000110001 (some random 32-bit int)
mantissa * 2^-32 = 0.10011000111100111111101000110001

尝试运行Math.random().toString(2) 几次以验证是否是这种情况。

解决方案：你可以生成一个随机的 32 位尾数并乘以 Math.pow(2,-32)：

var arr = new Uint32Array(1);
crypto.getRandomValues(arr);
var result = arr[0] * Math.pow(2,-32);
// or just   arr[0] * (0xffffffff + 1);

注意浮点不具有均匀分布（由于尾数缺乏精确度，数字越大，可能的值越稀疏），使其不适合加密需要非常强的随机数的应用程序或其他领域。为此，您应该使用crypto.getRandomValues() 提供给您的原始整数值。

编辑：

JavaScript 中的尾数是 52 位，所以你可以得到 52 位的随机性：

var arr = new Uint32Array(2);
crypto.getRandomValues(arr);

// keep all 32 bits of the the first, top 20 of the second for 52 random bits
var mantissa = (arr[0] * Math.pow(2,20)) + (arr[1] >>> 12)

// shift all 52 bits to the right of the decimal point
var result = mantissa * Math.pow(2,-52);

所以，总而言之，不，这并不比您自己的解决方案短，但我认为这是您希望做的最好的事情。必须生成 52 个随机位，需要从 32 位块构建，然后需要向下移回 1 以下。

【讨论】：

相当于var result = arr[0] / ( 0xffffffff + 1 );，对吧？
我应该澄清一下，我正在寻找与 Math.random() 相同但更好的接口，即 52 位随机性。
@ŠimeVidas 是的，这也比每次都计算Math.pow 要好。谢谢，添加到我的答案中。
@svachalek 编辑了一个解决方案，但恐怕不会比你自己的短！
我认为这样更好，因为没有随机位相互相乘；我不是一个数学家，但这让我觉得以某种方式减少了随机性。我认为在 Math.pow 上使用常量可能更快： (ints[0] * 0x100000 + (ints[1] & 0xfffff)) / 0xfffffffffffff

【解决方案3】：

bit-twiddling version in this duplicate 也不错，因为the spec says that numbers are IEEE 754。另外，请考虑 DataView 注释的字节顺序。

【讨论】：