如何在 BusyBox shell 中生成随机数

Posted 2023-04-14

【中文标题】如何在 BusyBox shell 中生成随机数

【英文标题】：How to generate random numbers in the BusyBox shell

【发布时间】：2011-11-30 08:39:57

【问题描述】：

如何使用 AShell（受限 bash）生成随机数？我在没有od 或$RANDOM 的设备上使用BusyBox 二进制文件。我的设备有/dev/urandom 和/dev/random。

【问题讨论】：

这是错字吗？ “您正在使用busybox，因此没有有'od'”？ Busybox 包括 od（并且有很长时间）。如果实际的链接 od -> busybox 不存在，只需直接调用busybox od。

@FrankH。 BusyBox 的几乎所有组件都是可选的，包括od 和$RANDOM。

【参考方案1】：

$RANDOM 和 od 是 BusyBox 中的可选功能，我假设您的问题是它们不包含在您的二进制文件中。您在评论中提到存在/dev/urandom，这很好，这意味着您需要做的是以可用的形式从中检索字节，而不是实现随机数生成器的更困难的问题。请注意，您应该使用/dev/urandom 而不是/dev/random，请参阅Is a rand from /dev/urandom secure for a login key?。

如果您有tr 或sed，您可以从/dev/urandom 读取字节并丢弃任何不是所需字符的字节。您还需要一种从流中提取固定字节数的方法：head -c（需要启用FEATURE_FANCY_HEAD）或dd（需要编译dd）。您丢弃的字节越多，此方法的速度就越慢。尽管如此，与分叉和执行外部二进制文件相比，生成随机字节通常相当快，因此丢弃其中的很多不会造成太大伤害。例如，下面的 sn -p 会产生一个 0 到 65535 之间的随机数：

n=65536
while [ $n -ge 65536 ]; do
  n=1$(</dev/urandom tr -dc 0-9 | dd bs=5 count=1 2>/dev/null)
  n=$((n-100000))
done

请注意，由于缓冲，tr 将处理比dd 最终保留的更多字节。 BusyBox 的 tr 一次读取一个缓冲区（至少 512 字节），并在输入缓冲区完全处理时刷新其输出缓冲区，因此上面的命令将始终从 /dev/urandom 读取至少 512 个字节（很少更多因为从 512 个输入字节中获取的预期是 20 个十进制数字）。

如果您需要一个唯一的可打印字符串，只需丢弃非 ASCII 字符，也许还有一些烦人的标点符号：

nonce=$(</dev/urandom tr -dc A-Za-z0-9-_ | head -c 22)

在这种情况下，我会认真考虑编写一个小型的专用 C 程序。这是一个读取四个字节并输出相应十进制数的方法。除了系统调用read 和write 的包装器之外，它不依赖任何libc 函数，因此您可以获得非常小的二进制文件。支持在命令行上作为十进制整数传递的变量 cap 留作练习；这将花费您数百字节的代码（如果您的目标足够大以运行 Linux，则无需担心）。

#include <stddef.h>
#include <unistd.h>
int main () 
    int n;
    unsigned long x = 0;
    unsigned char buf[4];
    char dec[11]; /* Must fit 256^sizeof(buf) in decimal plus one byte */
    char *start = dec + sizeof(dec) - 1;
    n = read(0, buf, sizeof(buf));
    if (n < (int)sizeof(buf)) return 1;
    for (n = 0; n < (int)sizeof(buf); n++) x = (x << 8 | buf[n]);
    *start = '\n';
    if (x == 0) *--start = '0';
    else while (x != 0) 
        --start;
        *start = '0' + (x % 10);
        x = x / 10;
    
    while (n = write(1, start, dec + sizeof(dec) - start),
           n > 0 && n < dec + sizeof(dec) - start) 
        start += n;
    
    return n < 0;

【讨论】：

我改进了您的第一个 sn-p 并将其放在下面的单独答案中，因为 cmets 似乎不支持代码块。

@escitalopram 感谢您的更正。以供将来参考，您是 welcome and even encouraged to edit posts to correct minor mistakes（但请注意，一些 Stack Overflow 用户在您编辑其损坏的代码时会讨厌它——但我不是其中之一）。

【参考方案2】：

</dev/urandom sed 's/[^[:digit:]]\+//g' | head -c10

【讨论】：

这有时会在生成的数字中给出空格，例如“6 60 09807”或“076 2 15”。

【参考方案3】：

/dev/random 或 /dev/urandom 可能存在。

另一种选择是编写一个小的 C 程序，调用 srand()，然后调用 rand()。

【讨论】：

是的 /dev/urandom 和 /dev/random 存在，但我如何在没有 od 的情况下使用它们。我可以阅读然后使用dd。那我该怎么办？

/dev/random 包含随机数据（256 位字符）。 head -c N /dev/random 为您提供 N 字节的随机数据。

【参考方案4】：

我用 BusyBox 1.22.1 尝试了 Gilles 的第一个 sn-p，我有一些补丁，不适合评论：

while [ $n -gt 65535 ]; do
    n=$(</dev/urandom tr -dc 0-9 | dd bs=5 count=1 2>/dev/null | sed -e 's/^0\+//' )
done

循环条件应检查是否大于最大值，否则将执行 0 次。 我让dd的stderr静音 删除了前导零，这可能会在解释为八进制的上下文中导致意外（例如$(( ))）

【参考方案5】：

Hexdump 和 dc 都可用于busybox。将 /dev/urandom 用于大多数随机或 /dev/random 用于更好的随机。这些选项中的任何一个都比 $RANDOM 更好，并且都比循环查找可打印字符更快。

32 位十进制随机数：

CNT=4
RND=$(dc 10 o 0x$(hexdump -e '"%02x" '$CNT' ""' -n $CNT /dev/random) p)

24 位十六进制随机数：

CNT=3
RND=0x$(hexdump -e '"%02x" '$CNT' ""' -n $CNT /dev/random)

要获得更小的数字，请更改 hexdump 格式字符串的格式和 hexdump 读取的字节数。

【参考方案6】：

尝试依他普仑的解决方案在busybox v1.29.0 上不起作用，但启发了我做一个功能。

我确实想出了一个便携式随机数生成功能，它要求输入位数并且应该可以很好地工作（目前已在 Linux、WinNT10 bash、Busybox 和 msys2 上测试过）。

# Get a random number on Windows BusyBox alike, also works on most Unixes
function PoorMansRandomGenerator 
    local digits="$1"     # The number of digits of the number to generate

    local minimum=1
    local maximum
    local n=0

    if [ "$digits" == "" ]; then
        digits=5
    fi

    # Minimum already has a digit
    for n in $(seq 1 $((digits-1))); do
        minimum=$minimum"0"
        maximum=$maximum"9"
    done
    maximum=$maximum"9"

    #n=0; while [ $n -lt $minimum ]; do n=$n$(dd if=/dev/urandom bs=100 count=1 2>/dev/null | tr -cd '0-9'); done; n=$(echo $n | sed -e 's/^0//')
    # bs=19 since if real random strikes, having a 19 digits number is not supported
    while [ $n -lt $minimum ] || [ $n -gt $maximum ]; do
        if [ $n -lt $minimum ]; then
            # Add numbers
            n=$n$(dd if=/dev/urandom bs=19 count=1 2>/dev/null | tr -cd '0-9')
            n=$(echo $n | sed -e 's/^0//')
            if [ "$n" == "" ]; then
                n=0
            fi
        elif [ $n -gt $maximum ]; then
            n=$(echo $n | sed 's/.$//')
        fi
    done
    echo $n

下面给出一个介于 1000 和 9999 之间的数字 echo $(PoorMansRandomGenerator 4)

【参考方案7】：

将上面的回复改进为更简单的版本，运行速度也非常快，仍然兼容 Busybox、Linux、msys 和 WinNT10 bash。

function PoorMansRandomGenerator 
    local digits="$1" # The number of digits to generate
    local number

    # Some read bytes can't be used, se we read twice the number of required bytes
    dd if=/dev/urandom bs=$digits count=2 2> /dev/null | while read -r -n1 char; do
            number=$number$(printf "%d" "'$char")
            if [ $#number -ge $digits ]; then
                    echo $number:0:$digits
                    break;
            fi
    done

搭配使用

echo $(PoorMansRandomGenerator 5)

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