（转）shell实例浅谈之产生随机数七种方法

Posted 2020-10-15 liujiacai

一、问题

     Shell下有时需要使用随机数，在此总结产生随机数的方法。计算机产生的的只是“伪随机数”，不会产生绝对的随机数（是一种理想随机数）。伪随机数在大量重现时也并不一定保持唯一，但一个好的伪随机产生算法将可以产生一个非常长的不重复的序列。

二、随机数

1、生成随机数的七种方法

（1）通过内部系统变量（$RANDOM）

echo $RANDOM

生成0-32767之间的整数随机数，若超过5位可以加个固定10位整数，然后进行求余。

生成400000~500000的随机数：

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash    
2.     
3. function rand(){    
4.     min=$1    
5.     max=$(($2-$min+1))    
6.     num=$(($RANDOM+1000000000)) #增加一个10位的数再求余    
7.     echo $(($num%$max+$min))    
8. }    
9.     
10. rnd=$(rand 400000 500000)    
11. echo $rnd    
12.     
13. exit 0    

（2）使用awk的随机函数

 awk ‘BEGIN{srand();print rand()*1000000}‘    #可以加上if判断，779644

（3）openssl rand产生随机数

openssl rand 用于产生指定长度个bytes的随机字符。-base64或-hex对随机字符串进行base64编码或用hex格式显示。

openssl rand -base64 8 | md5sum | cut -c1-8    #八位字母和数字的组合，3a61800e

openssl rand -base64 8 | cksum | cut -c1-8       #八位数字，10784736

（4）通过时间获得随机数（date）

date +%s%N       #生成19位数字，1287764807051101270

date +%s%N | cut -c6-13   #取八位数字，21793709

date +%s%N | md5sum | head -c 8   #八位字母和数字的组合，87022fda

生成1~50的随机数：

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash    
2.     
3. function rand(){    
4.     min=$1    
5.     max=$(($2-$min+1))    
6.     num=$(date +%s%N)    
7.     echo $(($num%$max+$min))    
8. }    
9.     
10. rnd=$(rand 1 50)    
11. echo $rnd    
12.     
13. exit 0  

（5）通过系统内唯一数据生成随机数（/dev/random及/dev/urandom）

/dev/random存储系统当前运行的环境的实时数据，可以看作系统某时候的唯一值数据，提供优质随机数。

/dev/urandom是非阻塞的随机数产生器，读取时不会产生阻塞，速度更快、安全性较差的随机数发生器。

cat /dev/urandom | head -n 10 | md5sum | head -c 10     #32f1e953ac

cat /dev/urandom | strings -n 8 | head -n 1      #生成全字符的随机字符串，08?WU$ZU

cat /dev/urandom | sed -e ‘s/[^a-zA-Z0-9]//g‘ | strings -n 8 | head -n 1   #生成数字加字母的随机字符串，Ql2q9CXS

其中 strings -n设置字符串的字符数，head -n设置输出的行数。

head-200/dev/urandom| cksum |cut-d" " -f1   #urandom的数据很多使用cat会比较慢，在此使用head读200行，cksum将读取文件内容生成唯一的表示整型数据，cut以” “分割然后得到分割的第一个字段数据


（6）读取linux的uuid码

       UUID码全称是通用唯一识别码 (Universally Unique Identifier, UUID)，UUID格式是：包含32个16进制数字，以“-”连接号分为五段，形式为8-4-4-4-12的32个字符。linux的uuid码也是有内核提供的，在/proc/sys/kernel/random/uuid这个文件内。cat/proc/sys/kernel/random/uuid每次获取到的数据都会不同。

       cat /proc/sys/kernel/random/uuid| cksum | cut -f1 -d" "    #获取不同的随机整数，1675034933

       cat /proc/sys/kernel/random/uuid| md5sum | cut -c1-8    #数字加字母的随机数，d69a7ebf

使用linux uuid 生成100~500随机数：

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash    
2.     
3. function rand(){    
4.     min=$1    
5.     max=$(($2-$min+1))    
6.     num=$(cat /proc/sys/kernel/random/uuid | cksum | awk -F ‘ ‘ ‘{print $1}‘)    
7.     echo $(($num%$max+$min))    
8. }    
9.     
10. rnd=$(rand 100 500)    
11. echo $rnd    
12.     
13. exit 0    

（7）从元素池中随机抽取取

pool=(a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10)

num=${#pool[*]}

result=${pool[$((RANDOM%num))]}

用于生成一段特定长度的有数字和字母组成的字符串，字符串中元素来自自定义的池子。

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash  
2. length=8  
3. i=1  
4.   
5. seq=(0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z)  
6.   
7. num_seq=${#seq[@]}  
8.   
9. while [ "$i" -le "$length" ]  
10. do  
11.  seqrand[$i]=${seq[$((RANDOM%num_seq))]}  
12.  let "i=i+1"  
13. done  
14.   
15. echo "The random string is:"  
16. for j in ${seqrand[@]}  
17. do  
18.  echo -n $j  
19. done  
20. echo  

2、随机数应用

（1）随机数在互联网中应用广泛如计算机仿真模拟、数据加密、网络游戏等，在登录某些论坛或游戏时，系统会产生一个由随机数字和字母组成的图片，用户必须正确输入，这是防止恶意攻击的很好的方法，因比较难破解图片格式的字符。其关键技术就是产生随机数，再使用ASP.NET等工具将这些字符串封装成图片格式以作为验证图片。

（2）网络游戏中也常利用随机数完成一些功能，比如掷骰子、发扑克牌等。以下是连续掷1000次骰子，然后统计出1～6点的次数：

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash  
2.   
3. #RANDOM=$$  
4.   
5. PIPS=6  
6. MAX=1000  
7. throw=1  
8.   
9. one=0  
10. two=0  
11. three=0  
12. four=0  
13. five=0  
14. six=0  
15.   
16. count()  
17. {  
18. case "$1" in  
19.  0) let "one=one+1";;  
20.  1) let "two=two+1";;  
21.  2) let "three=three+1";;  
22.  3) let "four=four+1";;  
23.  4) let "five=five+1";;  
24.  5) let "six=six+1";;  
25. esac  
26. }  
27.   
28. while [ "$throw" -le "$MAX" ]  
29. do  
30.   let "dice=RANDOM % $PIPS"  
31.   count $dice  
32.   let "throw=throw+1"  
33. done  
34.   
35. echo "The statistics results are as follows:"  
36. echo "one=$one"  
37. echo "two=$two"  
38. echo "three=$three"  
39. echo "four=$four"  
40. echo "five=$five"  
41. echo "six=$six"  

RANDOM产生的随机数基本在平均值左右浮动（即方差较小）。

（3）批量创建10个系统帐号，密码随机

先看看指定用户密码的脚本：

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash  
2. #批量创建10个系统帐号并设置密码，帐号和密码相同  
3. for name in `seq -w 10`  
4. do  
5.     #非交互式的输入密码  
6.     useradd linux$name && echo "linux$name" | passwd --stdin linux$name  
7. done  

10个用户用户名和密码相同都从linux-01到linux-10，再看看用户密码随机生成的脚本：

 

[cpp] view plaincopy

 

1. #!/bin/bash  
2. #批量创建10个系统帐号并设置密码  
3. rm -f user.log  
4. for name in `seq -w 10`  
5. do  
6.     #非交互式的输入随机密码  
7.     password=`echo $RANDOM | md5sum | cut -c1-8`  
8.     #可以使用password=`echo "date $RANDOM" | md5sum | cut -c3-11`  
9.     #也可以使用password=`penssl rand -base64 8 | md5sum | cut -c1-8`  
10.     useradd linux$name && echo password | passwd --stdin linux$name  
11.     echo -e "user=linux$name \t passwd=$password" >> user.log   #保存用户名密码以查阅  
12. done  

对比可以看出，随机生成密码的灵活性和保密性，管理员可以打开user.log文件，记录刚创建的十个用户的信息。

三、总结

（1）Shell产生伪随机数的函数$RANDOM，能方便地产生分布较平均的伪随机数，能满足大部分应用的需求。

（2）产生随机数的方法还有很多并且可以扩展，扩展思路才能选择最近的方式。