CryptoRandom

par Stan Drapkin

CryptoRandom : Aléatoire

.NET Random fait correctement
[Rapide], [Thread-safe], [Cryptographiquement sûr] : choisissez 3
Sous-classes et remplace System.Random
Remplace également System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator (lien)
CryptoRandom est (contrairement à System.Random) :
Rapide (beaucoup plus rapide que Random ou RandomNumberGenerator)
Thread-safe (toutes les API)
Cryptographiquement sûr (avec ou sans graine)
Implémente un RNG Fast-Key-Erasure pour CryptoRandom avec graine

Produit la même séquence de valeurs CryptoRandom avec graine sur toutes* les versions de .NET (contrairement à Random)

Enveloppe RandomNumberGenerator pour les cas sans graine (avec des optimisations supplémentaires)

Fournit une résistance au retour en arrière* : l’état interne ne peut être utilisé pour récupérer la sortie

Atteint une performance d’environ ~1,3cpb (cycles par octet), similaire à AES-NI
S’adapte par CPU/Core
Exemple : CryptoRandom.NextGuid() vs. Guid.NewGuid() [BenchmarkDotNet] :
4~5x plus rapide sur Windows-x64
5~30x plus rapide sur Linux-x64
4~5x plus rapide sur Linux-ARM64 (AWS Graviton-2)
Conçu pour .NET 5.0+ et 6.0+
Couverture de test étendue & validation de correction (110+ tests)
CI s’exécute sur Linux-latest & Windows-latest pour .NET 5/6/7/8/9/10

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API CryptoRandom :

Toutes les API de System.Random (lien)
Instance partagée statique CryptoRandom.Shared pour commodité (thread-safe bien sûr)
Constructeurs avec graine :
CryptoRandom(ReadOnlySpan seedKey)
CryptoRandom(int Seed) (comme le constructeur Random avec graine)
byte[] NextBytes(int count)
Guid NextGuid()
5x (500 %) plus rapide que Guid.NewGuid() sur Windows
15x (1500 %) plus rapide que Guid.NewGuid() sur Linux
128 bits aléatoires, au lieu de 122
Guid SqlServerGuid()
Retourne un nouveau Guid bien adapté pour être utilisé comme clé clusterisée SQL-Server
La structure du Guid est [8 octets aléatoires][8 octets de DateTime.UtcNow ordonné par SQL-Server]
Chaque Guid doit être séquentiel dans les limites de précision de 100 nanosecondes de UtcNow
Entropie 64 bits pour une incertitude raisonnable et une protection contre les attaques par force brute en ligne
~15% plus rapide que Guid.NewGuid()
long NextInt64()
long NextInt64(long maxValue)
long NextInt64(long minValue, long maxValue)
struct aléatoires (assurez-vous de savoir ce que vous faites) :
void Next(ref T @struct) where T : unmanaged
T Next() where T : unmanaged

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

static Span AsSpan(ref T @struct) where T : unmanaged
Convertit la struct non managée T en Span équivalent
static ref T AsStruct(Span span) where T : unmanaged
Convertit Span en struct non managée T équivalent
int StructSizer.Size
Retourne la taille en octets de la struct T

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Benchmark rapide :

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]

Qu'y a-t-il de problématique avec `Random` et `RandomNumberGenerator` ?

Random est lent et non sécurisé pour les threads (échoue lamentablement et silencieusement en cas d'accès concurrent)
Random est mal implémenté :

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 non initialisé est rapide (nouvel algorithme), avec une propriété .Shared sécurisée, mais les instances ne sont pas thread-safe
Random/.NET 6 initialisé revient à l’algorithme .NET ancien, lent et non thread-safe
Aucune des deux implémentations de Random ne vise des résultats cryptographiquement sûrs
RandomNumberGenerator peut être beaucoup plus rapide avec un encapsulage intelligent et une API Random plus utile

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Débit (mono-thread) .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

| Méthode | OCTETS | Moyenne | Erreur | ÉcartType | Rapport | ÉcartRapport | Débit | |-------------------- |------- |---------------:|-------------:|--------------:|--------:|-------------:|-------:| | SystemRandom | 32 | 7,483 μs | 0,2714 μs | 0,0149 μs | 0,21 | 0,00 | 4 176 Mo/s | | SystemSharedRandom | 32 | 13,197 μs | 3,3861 μs | 0,1856 μs | 0,38 | 0,00 | 2 368 Mo/s | | SeededSystemRandom | 32 | 261,568 μs | 12,8670 μs | 0,7053 μs | 7,46 | 0,04 | 119 Mo/s | | CryptoRandom | 32 | 35,083 μs | 1,6305 μs | 0,0894 μs | 1,00 | 0,00 | 891 Mo/s | | SeededCryptoRandom | 32 | 27,551 μs | 0,9383 μs | 0,0514 μs | 0,79 | 0,00 | 1 134 Mo/s | | RNG_Fill | 32 | 106,507 μs | 14,8172 μs | 0,8122 μs | 3,04 | 0,02 | 293 Mo/s | | | | | | | | | | | SystemRandom | 1024 | 132,600 μs | 4,5819 μs | 0,2511 μs | 0,35 | 0,00 | 7 541 Mo/s | | SystemSharedRandom | 1024 | 139,345 μs | 28,1093 μs | 1,5408 μs | 0,37 | 0,00 | 7 176 Mo/s | | SeededSystemRandom | 1024 | 8 260,379 μs | 265,3543 μs | 14,5450 μs | 21,79 | 0,01 | 121 Mo/s | | CryptoRandom | 1024 | 379,137 μs | 8,8802 μs | 0,4868 μs | 1,00 | 0,00 | 2 638 Mo/s | | SeededCryptoRandom | 1024 | 320,513 μs | 21,3931 μs | 1,1726 μs | 0,85 | 0,00 | 3 120 Mo/s | | RNG_Fill | 1024 | 447,914 μs | 15,4506 μs | 0,8469 μs | 1,18 | 0,00 | 2 233 Mo/s |

Débit (mono-thread) .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

| Méthode | OCTETS | Moyenne | Erreur | ÉcartType | Ratio | RatioSD | Débit | |------------------- |-------|--------------:|------------:|-------------:|------:|--------:|-------:| | SystemRandom | 32 | 252,89 μs | 53,609 μs | 2,938 μs | 7,30 | 0,09 | 124 Mo/s | | SeededSystemRandom | 32 | 259,82 μs | 3,966 μs | 0,217 μs | 7,50 | 0,03 | 120 Mo/s | | CryptoRandom | 32 | 34,66 μs | 2,193 μs | 0,120 μs | 1,00 | 0,00 | 902 Mo/s | | SeededCryptoRandom | 32 | 26,71 μs | 3,703 μs | 0,203 μs | 0,77 | 0,01 | 1 170 Mo/s | | RNG_Fill | 32 | 105,98 μs | 9,724 μs | 0,533 μs | 3,06 | 0,02 | 295 Mo/s | | | | | | | | | | | SystemRandom | 1024 | 8 403,73 μs | 510,750 μs | 27,996 μs | 22,35 | 0,06 | 119 Mo/s | | SeededSystemRandom | 1024 | 8 262,47 μs | 721,788 μs | 39,564 μs | 21,98 | 0,13 | 121 Mo/s | | CryptoRandom | 1024 | 375,98 μs | 8,603 μs | 0,472 μs | 1,00 | 0,00 | 2 660 Mo/s | | SeededCryptoRandom | 1024 | 318,11 μs | 219,420 μs | 12,027 μs | 0,85 | 0,03 | 3 144 Mo/s | | RNG_Fill | 1024 | 450,76 μs | 32,919 μs | 1,804 μs | 1,20 | 0,00 | 2 218 Mo/s |

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

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