Gdy kupujesz za pośrednictwem linków afiliacyjnych zawartych w naszych treściach, możemy otrzymać prowizję, co nie wiąże się dla Ciebie z żadnymi dodatkowymi kosztami. Dowiedz się, jak działa nasz Czym jest generator liczb losowych?
Generator liczb losowych (ang. random number generator, w skrócie RNG) to rodzaj algorytmu lub sprzęt, który jest stanie wygenerować sekwencję losowych liczb. Miarą jakości RNG jest jego zdolność do tworzenia nieprzewidywalnych sekwencji o wysokim stopniu losowości (entropii).
Istnieją dwa główne typy RNG: generatory liczb pseudolosowych (PRNG) i sprzętowe generatory liczb losowych (TRNG).
- PRNG wykorzystują obliczenia matematyczne do generowania sekwencji, które wydają się być losowe, ponieważ wzorce numeryczne są trudne do wykrycia.
- TRNG wykorzystują nieprzewidywalne zjawiska fizyczne lub efekty kwantowe do generowania prawdziwie losowych sekwencji liczb.
Formy RNG różnią się w zależności od ich konkretnej implementacji i przeznaczenia. Niektóre generatory sprzętowe przypominają z wyglądu pendrive’y, podczas gdy inne mogą być zintegrowane z większymi systemami jako karty PCIe, wbudowane w mikrokontrolery lub zaprojektowane jako samodzielne urządzenia z własnymi zasilaczami i interfejsami.
5 najważniejszych punktów
- Generatory liczb losowych odgrywają ważną rolę w symulacji procesów w statystyce, nauce i technice. Są też wykorzystywane w kryptografii, w grach i w hazardzie.
- Istnieją dwa główne rodzaje generatorów liczb losowych: PRNG i TRNG.
- PRNG wykorzystują algorytmy i wybraną przez twórcę narzędzia wartość początkową, by wygenerować szereg liczb, który ze statystycznego punktu widzenia przypomina sekwencję losową.
- TRNG wykorzystują zjawiska fizyczne lub efekty kwantowe do generowania autentycznie losowych liczb.
- Większość współcześnie używanych generatorów to PRNG, których wyniki pomyślnie przechodzą statystyczne badania losowości.
Generator liczb losowych – historia
Na przestrzeni dziejów generowanie liczb losowych było ściśle powiązane z technologią.
Wynalezienie komputerów elektronicznych w połowie XX wieku wprowadziło pierwsze PRNG. Z kolei na przełomie wieków postępy w elektronice i mechanice kwantowej doprowadziły do stworzenia TRNG.
Do generowania liczb losowych początkowo używano przedmiotów fizycznych, takich jak na przykład kości.
Pojawiły się urządzenia mechaniczne, takie jak maszyny do losowania.
Dzięki komputerom powstają pierwsze generator liczb pseudolosowych (PRNG).
Sprzętowe generatory działające na zasadzie obrazowania właściwości i parametrów fizycznego procesu stochastycznego (TRNG).
Postęp w informatyce prowadzi do stworzenia bardzie wyrafinowanych PRNG00.
Najnowsze postępy w dziedzinie mechaniki kwantowej pozwalają opracowywać bezpieczne TRNG.
Jak działa generator liczb losowych
Istnieją dwa główne rodzaje generatorów liczb losowych: generatory liczb pseudolosowych i sprzętowe generatory (które skupiają się na absolutnej losowości poprzez fizyczne źródła entropii, eliminując wszelkie komponenty deterministyczne).
Metody generowania liczb losowych
Istnieją trzy podstawowe sposoby generowania liczb losowych: Metody sprzętowe TRNG, metody obliczeniowe PRNG oraz metody hybrydowe. Wybór metody zależy od konkretnego zastosowania i pożądanego poziomu losowości.
- Metody sprzętowe polegają na analizie nieprzewidywalnych zjawisk fizycznych i wykorzystują zebrane dane do generowania liczb losowych. Ten rodzaj metody może być bardzo bezpieczny, ale jego minusem może być powolne działanie. Wymagane są również specjalne komponenty sprzętowe.
- Metody obliczeniowe są prostsze i tańsze, ale mogą generować tylko liczby pseudolosowe. Sposób ten sprawdza się w grach, w hazardzie i symulacjach, z tym że jego zastosowanie ogranicza się do scenariuszy o wysokim poziomie bezpieczeństwa.
- Metody hybrydowe łączą zalety zarówno metod sprzętowych, jak i obliczeniowych. Metodę sprzętową zazwyczaj wykorzystuje się do dostarczania nieprzewidywalnych seedów, a następnie przy pomocy metody obliczeniowej zwiększa się losowość generowanej sekwencji.
Przykład algorytmu do generowania liczb pseudolosowych
Jednym z najpopularniejszych algorytmów generatorów liczb pseudolosowych jest Mersenne Twister. Zasługuje na uwagę, ponieważ ma bardzo długi okres przed powtórzeniem sekwencji liczb.
Mersenne Twister wykorzystuje się w symulacjach metodą Monte Carlo i innych zastosowaniach, w których niezbędny jest wysoki stopień losowości, ale bezpieczeństwo nie jest głównym problemem.
Generatory liczb losowych w grach
RNG są często wykorzystywane w grach wideo i grach stołowych, aby zapewnić elementy losowe w procesie przyznawania nagród, trafień krytycznych, dobierania kart i ruchu w grze.
RNG powinny być używane w przemyślany sposób podczas tworzenia gier, ponieważ zbyt duża losowość może sprawić, że gra stanie się niesprawiedliwa. Z kolei zbyt mały stopień losowości sprawi, że rozgrywka stanie się przewidywalna, a powtarzalność nudna.
RNG w hazardzie
W grach hazardowych generator liczb losowych zapewnia uczciwe i nieprzewidywalne wyniki. To szczególnie ważne w grach, które opierają się na statystycznym prawdopodobieństwie. Obejmuje to gry kasynowe offline i online, takie jak automaty na prawdziwe pieniądze, a także gry karciane offline i online, takie jak poker.
RNG zapewniają, że każda runda gry jest niezależna od poprzedniej, a wszyscy gracze mają równe szanse na wygraną. W tym przypadku najlepsze praktyki obejmują rygorystyczne testowanie i certyfikację przez niezależne strony trzecie, przejrzyste ujawnianie szczegółów implementacji RNG oraz regularne audyty w celu zapewnienia integralności i uczciwości systemu.
Podsumowanie
Chcąc zrozumieć znaczenie generatora liczb losowych, ważne jest, by rozróżnić między dwoma głównymi rodzajami: PRNG i TRNG. Każdy z nich wykorzystuje inne metody do generowania liczb. Z tego powodu każdy sprawdza się w innych zastosowaniach.
Generatory liczb pseudolosowych bazują na deterministycznych algorytmach i tworzą długie sekwencje liczb, które wyglądają na losowe. Takie rozwiązanie stosuje się w sytuacjach, kiedy istotny jest stopień losowości, ale bezpieczeństwo nie jest priorytetem.
Generatory sprzętowe produkują autentycznie losowe liczby w oparciu o zjawiska fizyczne, które z natury są nieprzewidywalne. TRNG wykorzystuje się w kontekstach, gdzie najważniejsze jest bezpieczeństwo, na przykład do generowania kluczy kryptograficznych lub randomowych jednorazowych identyfikatorów czy też wektorów inicjujących do bezpiecznej komunikacji.
FAQ – Generator liczb losowych (RNG)
Czym w uproszczeniu jest generator liczb losowych?
Co to jest seed dla generatora liczb losowych?
Do czego służy generator liczb losowych?
Czy jakikolwiek generator liczb losowych jest naprawdę losowy?
Czym jest generator liczb losowych w doborze próby statystycznej?
Źródła
- Readings on Randomness — Entropy (Home.uncg)
- True Random Number Generator Article | Security IP | Synopsys (Synopsys)
- DOE Explains…Quantum Mechanics | Department of Energy (Energy)
- Radioactive Decay — Isaac Physics (Isaacphysics)
- What is Mersenne Twister? (Educative)
- Loot Drop – What is a loot drop in online gaming? (Slang)
- Critical Hit – Meaning & More – Plarium (Plarium)
