RNG（乱数生成器）

RNG（乱数生成器）とは

RNG（乱数生成器）とは、一連の任意の数字を生成できるアルゴリズムまたはハードウェアデバイスの一種です。RNG の質は、多くの場合、高度なランダム性 (エントロピー) のある予測不可能なシーケンスを生成する能力によって測定されます。

RNG には主に、疑似乱数生成器(PRNG) と真性乱数生成器(TRNG)の 2種類あります。

• PRNG は、数学的計算を使用してシーケンスを生成します。数値パターンを検出するのが難しいため、このシーケンスは、ランダムであるように見えます。
• TRNG は、予測不可能な物理現象または量子効果を利用して、真にランダムな数値シーケンスを生成します。

RNG フォーム ファクターは、特定の実装と目的によって異なります。USBサム・ドライブに似ているものもあれば、 PCIe カードとして大規模なシステムに統合されたもの、マイクロコントローラに組み込まれたもの、独自の電源とインターフェイスを備えたスタンドアロンデバイスとして設計されたものもあります。

RNGの歴史

歴史を通じて、乱数生成はテクノロジーと密接に結びついてきました。

20 世紀半ばの電子コンピュータの発明により最初の PRNG が導入され、世紀の変わり目までに、電子工学と量子力学の進歩により TRNG が開発されました。

乱数を生成する方法

乱数を生成する基本的な方法は、TRNG ハードウェア方式、PRNG 計算方式、ハイブリッド方式の 3 つです。どの方法を選択するかは、特定のアプリケーションと必要なランダム性のレベルによって異なります。

ハードウェア方式

予測できない物理現象を捉え、そのデータを使用して乱数を生成します。

このタイプの方法は非常に安全ですが、速度が遅く、特殊なハードウェア コンポーネントが必要になる場合もあります。

計算方法

より単純で安価ですが、疑似乱数しか生成できません。

この方法はゲーム、ギャンブル、シミュレーションで使用されますが、その使用はセキュリティの高いシナリオに限定されます。

ハイブリッド方式

ハードウェア方式と計算方式の両方の利点を組み合わせたものです。

通常、ハードウェア方式は、生成されるシーケンスのランダム性を高めるために、計算方式に予測不可能なシードを提供するために使用されます。

PRNGのアルゴリズム例

メルセンヌツイスターは、数値シーケンスを繰り返すまでの期間が非常に長いため、最も人気のある疑似乱数生成アルゴリズムの 1 つです。

メルセンヌ ツイスターは、モンテカルロ法のシミュレーションや、高度なランダム性が求められるもののセキュリティが主な懸念事項ではないその他のアプリケーションで広く使用されています。

ゲームにおけるRNG

RNGは、戦利品のドロップ、クリティカルヒット、カードの引き、ゲーム進行に偶然の要素を加えるために、ビデオゲームやテーブルゲームでよく使用されます。

RNG はゲーム開発において慎重に使用する必要があります。ランダム性が高すぎるとゲームが不公平に感じられるようになり、逆に少なすぎるとゲームプレイが予測可能になり、繰り返しプレイしてもつまらなくなるからです。

ギャンブルにおけるRNG

ギャンブルでは、RNG は統計的確率に依存するゲームで公平かつ予測不可能な結果を​​保証します。ランドカジノおよびオンラインカジノの多数のゲームにはRNGが搭載されています。

RNG は、各ゲームラウンドが前のラウンドから独立し、すべてのプレイヤーが公平に勝つチャンスがあることを保証します。この用途のベスト プラクティスとして、独立した第三者による厳格なテストと認証、RNG 実装の詳細の透明な開示、システムの整合性と公平性を確保するための定期的な監査などが挙げられます。

まとめ

RNGの意味を理解するには、疑似乱数生成器（PRNG）と真性乱数生成器（TRNG）を区別することが重要です。それぞれ異なる方法で数値を生成し、使用例も異なります。

PRNG は、決定論的アルゴリズムを使用して、ランダムに見える長い数値シーケンスを生成します。これは、ランダム性が重要である反面、セキュリティが主な懸念事項ではないアプリケーションでよく使用されます。

TRNG は、本質的に予測不可能な物理プロセスに基づいて、真にランダムな数値を生成します。TRNG は、暗号化キーの生成や、安全な通信のためのランダムなノンスおよび初期化ベクトルの生成など、セキュリティの高いアプリケーションで使用されます。

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