shell執行個體淺談之三產生隨機數七種方法

標籤：shell 隨機數

一、問題

     Shell下有時需要使用隨機數，在此總結產生隨機數的方法。電腦產生的的只是“偽隨機數”，不會產生絕對的隨機數（是一種理想隨機數）。偽隨機數在大量重現時也並不一定保持唯一，但一個好的偽隨機產生演算法將可以產生一個非常長的不重複的序列。

二、隨機數1、產生隨機數的七種方法

（1）通過內部系統變數（$RANDOM）

echo $RANDOM

產生0-32767之間的整數隨機數，若超過5位可以加個固定10位整數，然後進行求餘。

產生400000~500000的隨機數：

    #!/bin/bash            function rand(){          min=$1          max=$(($2-$min+1))          num=$(($RANDOM+1000000000)) #增加一個10位的數再求餘          echo $(($num%$max+$min))      }            rnd=$(rand 400000 500000)      echo $rnd            exit 0  

（2）使用awk的隨機函數

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

（3）openssl rand產生隨機數

openssl rand 用於產生指定長度個bytes的隨機字元。-base64或-hex對隨機字串進行base64編碼或用hex格式顯示。

openssl rand -base64 8 | md5sum | cut -c1-8    #八位字母和數位組合，3a61800e

openssl rand -base64 8 | cksum | cut -c1-8       #八位數字，10784736

（4）通過時間獲得隨機數（date）

date +%s%N       #產生19位元字，1287764807051101270

date +%s%N | cut -c6-13   #取八位元字，21793709

date +%s%N | md5sum | head -c 8   #八位字母和數位組合，87022fda

產生1~50的隨機數：

    #!/bin/bash            function rand(){          min=$1          max=$(($2-$min+1))          num=$(date +%s%N)          echo $(($num%$max+$min))      }            rnd=$(rand 1 50)      echo $rnd            exit 0

（5）通過系統內唯一資料產生隨機數（/dev/random及/dev/urandom）

/dev/random儲存系統當前啟動並執行環境的即時資料，可以看作系統某時候的唯一值資料，提供優質隨機數。

/dev/urandom是非阻塞的隨機數產生器，讀取時不會產生阻塞，速度更快、安全性較差的隨機數發生器。

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

cat /dev/urandom | strings -n 8 | head -n 1      #產生全字元的隨機字串，08?WU$ZU

cat /dev/urandom | sed -e ‘s/[^a-zA-Z0-9]//g‘ | strings -n 8 | head -n 1   #產生數字加字母的隨機字串，Ql2q9CXS

其中 strings -n設定字串的字元數，head -n設定輸出的行數。

head-200/dev/urandom| cksum |cut-d" " -f1   #urandom的資料很多使用cat會比較慢，在此使用head讀200行，cksum將讀取檔案內容產生唯一的表示整型資料，cut以” “分割然後得到分割的第一個欄位資料


（6）讀取linux的uuid碼

       UUID碼全稱是通用唯一識別碼 (Universally Unique Identifier, UUID)，UUID格式是：包含32個16進位數字，以“-”串連號分為五段，形式為8-4-4-4-12的32個字元。linux的uuid碼也是有核心提供的，在/proc/sys/kernel/random/uuid這個檔案內。cat/proc/sys/kernel/random/uuid每次擷取到的資料都會不同。

       cat /proc/sys/kernel/random/uuid| cksum | cut -f1 -d" "    #擷取不同的隨機整數，1675034933

       cat /proc/sys/kernel/random/uuid| md5sum | cut -c1-8    #數字加字母的隨機數，d69a7ebf

使用linux uuid 產生100~500隨機數：

    #!/bin/bash            function rand(){          min=$1          max=$(($2-$min+1))          num=$(cat /proc/sys/kernel/random/uuid | cksum | awk -F ' ' '{print $1}')          echo $(($num%$max+$min))      }            rnd=$(rand 100 500)      echo $rnd            exit 0  

（7）從元素池中隨機抽取取

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))]}

用於產生一段特定長度的有數字和字母組成的字串，字串中元素來自自訂的池子。

#!/bin/bashlength=8i=1seq=(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)num_seq=${#seq[@]}while [ "$i" -le "$length" ]do seqrand[$i]=${seq[$((RANDOM%num_seq))]} let "i=i+1"doneecho "The random string is:"for j in ${seqrand[@]}do echo -n $jdoneecho

2、隨機數應用

（1）隨機數在互連網中應用廣泛如電腦模擬類比、資料加密、網路遊戲等，在登入某些論壇或遊戲時，系統會產生一個由隨機數字和字母組成的圖片，使用者必須正確輸入，這是防止惡意攻擊的很好的方法，因比較難破解圖片格式的字元。其關鍵技術就是產生隨機數，再使用ASP.NET等工具將這些字串封裝成圖片格式以作為驗證圖片。

（2）網路遊戲中也常利用隨機數完成一些功能，比如擲骰子、發撲克牌等。以下是連續擲1000次骰子，然後統計出1～6點的次數：

#!/bin/bash#RANDOM=$$PIPS=6MAX=1000throw=1one=0two=0three=0four=0five=0six=0count(){case "$1" in 0) let "one=one+1";; 1) let "two=two+1";; 2) let "three=three+1";; 3) let "four=four+1";; 4) let "five=five+1";; 5) let "six=six+1";;esac}while [ "$throw" -le "$MAX" ]do  let "dice=RANDOM % $PIPS"  count $dice  let "throw=throw+1"doneecho "The statistics results are as follows:"echo "one=$one"echo "two=$two"echo "three=$three"echo "four=$four"echo "five=$five"echo "six=$six"

RANDOM產生的隨機數基本在平均值左右浮動（即方差較小）。

（3）大量建立10個系統帳號，密碼隨機

先看看指定使用者密碼的指令碼：

#!/bin/bash#大量建立10個系統帳號並設定密碼，帳號和密碼相同for name in `seq -w 10`do    #非互動輸入密碼    useradd linux$name && echo "linux$name" | passwd --stdin linux$namedone

10個使用者使用者名稱和密碼相同都從linux-01到linux-10，再看看使用者密碼隨機產生的指令碼：

#!/bin/bash#大量建立10個系統帳號並設定密碼rm -f user.logfor name in `seq -w 10`do    #非互動輸入隨機密碼    password=`echo $RANDOM | md5sum | cut -c1-8`    #可以使用password=`echo "date $RANDOM" | md5sum | cut -c3-11`    #也可以使用password=`penssl rand -base64 8 | md5sum | cut -c1-8`    useradd linux$name && echo password | passwd --stdin linux$name    echo -e "user=linux$name \t passwd=$password" >> user.log   #儲存使用者名稱密碼以查閱done

對比可以看出，隨機產生密碼的靈活性和保密性，管理員可以開啟user.log檔案，記錄剛建立的十個使用者的資訊。

三、總結

（1）Shell產生偽隨機數的函數$RANDOM，能方便地產生分布較平均的偽隨機數，能滿足大部分應用的需求。

（2）產生隨機數的方法還有很多並且可以擴充，擴充思路才能選擇最近的方式。

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