汇编语言中的伪随机生成器

StackOverflow https://stackoverflow.com/questions/90184

  •  01-07-2019
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题

我需要一个用于课程中分配的汇编程序的伪随机数生成器算法，并且我更喜欢一个简单的算法。但是，我无法使用外部库。

什么是好的、简单的汇编伪随机数生成器算法？

有帮助吗？

解决方案

简单的方法是选择两个大的相对素数 a 和 b，然后继续将随机数乘以 a 并加上 b。使用模运算符将低位保留为随机数，并保留下一次迭代的完整值。

该算法被称为 线性同余发生器.

其他提示

第 2 卷 计算机编程的艺术 有很多关于伪随机数生成的信息。这些算法是用汇编程序演示的，因此您可以亲自了解哪些汇编程序是最简单的。

不过，如果您可以链接到外部库或目标文件，那将是您最好的选择。然后您可以链接到，例如 梅森扭转者.

请注意，大多数伪随机数生成器都是 不是 对于密码学来说是安全的，因此如果您需要安全的随机数生成，您需要超越基本算法（并且可能应该利用特定于操作系统的加密 API）。

用于测试的简单代码，请勿与 Crypto 一起使用

摘自测试计算机软件，第 138 页

使用 32 位数学，您不需要运算 MOD 2^32

RNG = (69069*RNG + 69069) MOD 2^32

好吧 - 因为我还没有看到对旧的线性反馈移位寄存器的引用，所以我发布了一些基于 SSE 内在的 C 代码。只是为了完整。几个月前我写了这篇文章，以再次提高我的 SSE 技能。

#include <emmintrin.h>

static __m128i LFSR;

void InitRandom (int Seed)
{
  LFSR = _mm_cvtsi32_si128 (Seed);
}

int GetRandom (int NumBits)
{
  __m128i seed = LFSR;
  __m128i one  = _mm_cvtsi32_si128(1);
  __m128i mask; 
  int i;

  for (i=0; i<NumBits; i++)
  {

    // generate xor of adjecting bits
    __m128i temp = _mm_xor_si128(seed, _mm_srli_epi64(seed,1));

    // generate xor of feedback bits 5,6 and 62,61
    __m128i NewBit = _mm_xor_si128( _mm_srli_epi64(temp,5),
                                    _mm_srli_epi64(temp,61));

    // Mask out single bit: 
    NewBit = _mm_and_si128 (NewBit, one);

    // Shift & insert new result bit:
    seed = _mm_or_si128 (NewBit, _mm_add_epi64 (seed,seed));
  }

  // Write back seed...
  LFSR = seed;

  // generate mask of NumBit ones.
  mask = _mm_srli_epi64 (_mm_cmpeq_epi8(seed, seed), 64-NumBits);

  // return random number:
  return _mm_cvtsi128_si32 (_mm_and_si128(seed,mask));
}

将此代码翻译为汇编程序很简单。只需用真正的 SSE 指令替换内在函数并在其周围添加一个循环即可。

顺便说一句 - 此代码生成的序列在 4.61169E+18 个数字之后重复。这比通过 prime 方法和 32 位算术得到的要多得多。如果展开的话速度也会更快。

@jjrv
你所描述的实际上是一个线性同余发生器。最随机的位是最高位。要获得 0..N-1 之间的数字，请将完整值乘以 N（32 位乘以 32 位，得出 64 位）并使用高 32 位。

你不应该只使用任何数字 A （从一个完整值进展到下一个完整值的乘数），Knuth（表 1 第 3.3.4 TAOCP vol 2 1981）中推荐的数字是 1812433253、1566083941、69069 和 1664525。

您可以选择任何奇数 乙. 。（补充）。

为什么不使用外部库？？？那个轮子已经被发明了几百次了，为什么还要再发明一次呢？

如果您需要自己实现 RNG，您是否需要按需生成数字——即您是否正在实现 rand() 函数——或者您是否需要生成随机数流——例如用于记忆测试？

您需要具有加密强度的 RNG 吗？需要多长时间才能重复？您是否必须绝对、积极地保证所有位的均匀分布？

这是我几年前使用过的简单技巧。我在嵌入式领域工作，我需要在加电时测试 RAM，我想要非常小的、快速的代码和非常少的状态，我这样做了：

  • 从任意 4 字节常量开始作为种子。
  • 计算这 4 个字节的 32 位 CRC。这给了你接下来的 4 个字节
  • 将这 4 个字节反馈到 CRC32 算法中，就好像它们已被附加一样。这 8 个字节的 CRC32 是下一个值。
  • 只要你愿意，就可以重复。

这需要很少的代码（尽管您需要一个用于 crc32 函数的表）并且具有很少的状态，但是 psuedorandom 输出流在重复之前有一个非常长的循环时间。此外，它不需要处理器上的 SSE。假设您手头有 CRC32 函数，那么实现起来就很简单了。

使用masm615编译：

delay_function macro
    mov cx,0ffffh
.repeat
    push cx
    mov cx,0f00h
    .repeat
        dec  cx
        .until cx==0
    pop cx
    dec cx
    .until cx==0
endm

random_num macro
   mov  cx,64    ;assum we want to get 64 random numbers
   mov  si,0

get_num:    
   push cx
   delay_function    ;since cpu clock is fast,so we use delay_function
   mov  ah,2ch  
   int  21h
   mov  ax,dx     ;get clock 1/100 sec
   div  num       ;assume we want to get a number from 0~num-1
   mov  arry[si],ah   ;save to array you set
   inc  si
   pop  cx
   loop get_num   ;here we finish the get_random number

您也可以使用不同位之间的异或和元素来模拟移位寄存器，这将为您提供伪随机数字序列。

线性同余 (X = AX+C mod M) PRNG 可能是分配给汇编程序课程的一个不错的选择，因为您的学生将必须处理超过 2^31 的中间 AX 结果的进位并计算模数。如果您是学生，那么它们在汇编器中实现起来相当简单，并且可能就是讲师的想法。

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