CryptoRandom

por Stan Drapkin

CryptoRandom : Aleatorio

.NET Random hecho bien
[Rápido], [Seguro para hilos], [Criptográficamente fuerte]: elige 3
Subclases y reemplaza a System.Random
También reemplaza a System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator (enlace)
CryptoRandom es (a diferencia de System.Random):
Rápido (mucho más rápido que Random o RandomNumberGenerator)
Seguro para hilos (todas las APIs)
Criptográficamente fuerte (con o sin semilla)
Implementa RNG Fast-Key-Erasure para CryptoRandom con semilla

Produce la misma secuencia de valores CryptoRandom con semilla en todas* las versiones de .NET (a diferencia de Random)

Envuelve RandomNumberGenerator para sin semilla (con inteligencia adicional)

Proporciona resistencia a retroceso*: el estado interno no puede usarse para recuperar la salida

Logra un rendimiento de ~1.3cpb (ciclos por byte), similar a AES-NI
Escala por CPU/Núcleo
Ejemplo: CryptoRandom.NextGuid() vs. Guid.NewGuid() [BenchmarkDotNet]:
4~5x más rápido en Windows-x64
5~30x más rápido en Linux-x64
4~5x más rápido en Linux-ARM64 (AWS Graviton-2)
Diseñado para .NET 5.0+ y 6.0+
Cobertura de pruebas extensa y validación de corrección (110+ pruebas)
CI ejecutándose en Linux-latest y Windows-latest para .NET 5/6/7/8/9/10

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API de CryptoRandom:

Todas las APIs de System.Random (enlace)
Instancia compartida estática CryptoRandom.Shared para conveniencia (segura para hilos por supuesto)
Constructores con semilla:
CryptoRandom(ReadOnlySpan seedKey)
CryptoRandom(int Seed) (igual que el constructor con semilla de Random)
byte[] NextBytes(int count)
Guid NextGuid()
5x (500%) más rápido que Guid.NewGuid() en Windows
15x (1500%) más rápido que Guid.NewGuid() en Linux
128 bits aleatorios, en lugar de 122
Guid SqlServerGuid()
Devuelve un nuevo Guid adecuado para ser usado como clave agrupada en SQL Server
La estructura del Guid es [8 bytes aleatorios][8 bytes de DateTime.UtcNow ordenados por SQL Server]
Cada Guid debe ser secuencial dentro de los límites de precisión de 100 nanosegundos de UtcNow
Entropía de 64 bits para una razonable imprevisibilidad y protección contra ataques de fuerza bruta en línea
~15% más rápido que Guid.NewGuid()
long NextInt64()
long NextInt64(long maxValue)
long NextInt64(long minValue, long maxValue)
struct aleatorios (asegúrate de saber lo que haces):
void Next(ref T @struct) where T : unmanaged
T Next() where T : unmanaged

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Utils API (`SecurityDriven.Core.Utils`):

static Span AsSpan(ref T @struct) where T : unmanaged
Convierte una estructura no administrada T en un Span equivalente
static ref T AsStruct(Span span) where T : unmanaged
Convierte un Span en una estructura no administrada T equivalente
int StructSizer.Size
Devuelve el tamaño en bytes de la estructura T

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Benchmark rápido:

using SecurityDriven.Core;
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading.Tasks;
Console.WriteLine($"[{RuntimeInformation.FrameworkDescription}]");
Stopwatch sw1 = new(), sw2 = new();
const long ITER = 100_000_000, REPS = 5;
for (int i = 0; i++ < REPS;)
{
    sw1.Restart();
    Parallel.For(0, ITER, static i => CryptoRandom.Shared.NextGuid());
    sw1.Stop();
    Console.WriteLine($"{sw1.Elapsed} cryptoRandom.NextGuid()");
    sw2.Restart();
    Parallel.For(0, ITER, static i => Guid.NewGuid());
    sw2.Stop();    var ratio = sw2.Elapsed / sw1.Elapsed;
    Console.WriteLine($"{sw2.Elapsed} Guid.NewGuid() [{ratio:N2}x slower]");
}

Output:
[.NET 6.0.0-rc.1.21451.13]
00:00:00.5486513 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0587652 Guid.NewGuid() [3.75x slower]
00:00:00.4117180 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0485556 Guid.NewGuid() [4.98x slower]
00:00:00.4103378 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0534771 Guid.NewGuid() [5.00x slower]
00:00:00.4100701 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0823213 Guid.NewGuid() [5.08x slower]
00:00:00.4017192 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0488105 Guid.NewGuid() [5.10x slower]

¿Qué está mal con `Random` y `RandomNumberGenerator`?

Random es lento y no es seguro para subprocesos (falla miserablemente y silenciosamente en accesos concurrentes)
Random está implementado incorrectamente:

Random r = new Random(); // new CryptoRandom();
const int mod = 2;
int[] hist = new int[mod];
for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
	int num = r.Next(0x55555555);
	int num2 = num % 2;
	++hist[num2];
}
for (int i = 0; i < mod; i++)
	Console.WriteLine($"{i}: {hist[i]}");
// Run this on .NET 5 or below. Surprised? Now change to CryptoRandom
// Fails on .NET 6 if you use seeded "new Random(seed)"

Random/.NET 6 sin semilla es rápido (nuevo algoritmo), con una propiedad .Shared segura, pero las instancias no son seguras para subprocesos
Random/.NET 6 con semilla vuelve al algoritmo heredado lento y no seguro para subprocesos de .NET
Ninguna implementación de Random apunta a resultados criptográficamente fuertes
RandomNumberGenerator puede ser mucho más rápido con un envoltorio inteligente y una API Random más útil

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Rendimiento (monohilo) .NET 6:

BenchmarkDotNet=v0.13.1, OS=Windows 10.0.19042.1165 (20H2/October2020Update)
Intel Core i7-10510U CPU 1.80GHz, 1 CPU, 8 logical and 4 physical cores
.NET SDK=6.0.100-preview.7.21379.14
  [Host] : .NET 6.0.0 (6.0.21.37719), X64 RyuJIT

| Método | BYTES | Media | Error | DesvEst | Ratio | RatioDE | Rendimiento | |------------------- |------ |-------------:|------------:|-----------:|------:|--------:|-----------:| | SystemRandom | 32 | 7.483 μs | 0.2714 μs | 0.0149 μs | 0.21 | 0.00 | 4,176 MB/s | | SystemSharedRandom | 32 | 13.197 μs | 3.3861 μs | 0.1856 μs | 0.38 | 0.00 | 2,368 MB/s | | SeededSystemRandom | 32 | 261.568 μs | 12.8670 μs | 0.7053 μs | 7.46 | 0.04 | 119 MB/s | | CryptoRandom | 32 | 35.083 μs | 1.6305 μs | 0.0894 μs | 1.00 | 0.00 | 891 MB/s | | SeededCryptoRandom | 32 | 27.551 μs | 0.9383 μs | 0.0514 μs | 0.79 | 0.00 | 1,134 MB/s | | RNG_Fill | 32 | 106.507 μs | 14.8172 μs | 0.8122 μs | 3.04 | 0.02 | 293 MB/s | | | | | | | | | | | SystemRandom | 1024 | 132.600 μs | 4.5819 μs | 0.2511 μs | 0.35 | 0.00 | 7,541 MB/s | | SystemSharedRandom | 1024 | 139.345 μs | 28.1093 μs | 1.5408 μs | 0.37 | 0.00 | 7,176 MB/s | | SeededSystemRandom | 1024 | 8,260.379 μs | 265.3543 μs | 14.5450 μs | 21.79 | 0.01 | 121 MB/s | | CryptoRandom | 1024 | 379.137 μs | 8.8802 μs | 0.4868 μs | 1.00 | 0.00 | 2,638 MB/s | | SeededCryptoRandom | 1024 | 320.513 μs | 21.3931 μs | 1.1726 μs | 0.85 | 0.00 | 3,120 MB/s | | RNG_Fill | 1024 | 447.914 μs | 15.4506 μs | 0.8469 μs | 1.18 | 0.00 | 2,233 MB/s |

Rendimiento (hilo único) .NET 5:

BenchmarkDotNet=v0.13.1, OS=Windows 10.0.19042.1165 (20H2/October2020Update)
Intel Core i7-10510U CPU 1.80GHz, 1 CPU, 8 logical and 4 physical cores
.NET SDK=6.0.100-preview.7.21379.14
  [Host] : .NET 5.0.9 (5.0.921.35908), X64 RyuJIT

| Método | BYTES | Media | Error | DesvEst | Ratio | RatioDE | Rendimiento | |------------------- |------ |------------:|-----------:|----------:|------:|--------:|-----------:| | SystemRandom | 32 | 252.89 μs | 53.609 μs | 2.938 μs | 7.30 | 0.09 | 124 MB/s | | SeededSystemRandom | 32 | 259.82 μs | 3.966 μs | 0.217 μs | 7.50 | 0.03 | 120 MB/s | | CryptoRandom | 32 | 34.66 μs | 2.193 μs | 0.120 μs | 1.00 | 0.00 | 902 MB/s | | SeededCryptoRandom | 32 | 26.71 μs | 3.703 μs | 0.203 μs | 0.77 | 0.01 | 1,170 MB/s | | RNG_Fill | 32 | 105.98 μs | 9.724 μs | 0.533 μs | 3.06 | 0.02 | 295 MB/s | | | | | | | | | | | SystemRandom | 1024 | 8,403.73 μs | 510.750 μs | 27.996 μs | 22.35 | 0.06 | 119 MB/s | | SeededSystemRandom | 1024 | 8,262.47 μs | 721.788 μs | 39.564 μs | 21.98 | 0.13 | 121 MB/s | | CryptoRandom | 1024 | 375.98 μs | 8.603 μs | 0.472 μs | 1.00 | 0.00 | 2,660 MB/s | | SeededCryptoRandom | 1024 | 318.11 μs | 219.420 μs | 12.027 μs | 0.85 | 0.03 | 3,144 MB/s | | RNG_Fill | 1024 | 450.76 μs | 32.919 μs | 1.804 μs | 1.20 | 0.00 | 2,218 MB/s |

--- Tranlated By Open Ai Tx | Last indexed: 2026-02-09 ---

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