CryptoRandom 
by Stan Drapkin
CryptoRandom : 랜덤
- 올바르게 구현된 .NET Random
- [빠름], [스레드 안전], [암호학적으로 강함]: 3가지 모두 선택 가능
System.Random의 서브클래스이자 대체품System.Security.Cryptography.RandomNumberGenerator도 대체 (링크)CryptoRandom은 (System.Random과 달리):- 빠름 (
Random또는RandomNumberGenerator보다 훨씬 빠름) - 스레드 안전 (모든 API)
- 암호학적으로 강함 (시드 유무 모두 가능)
- 시드된
CryptoRandom에 대해 Fast-Key-Erasure RNG 구현
CryptoRandom 값의 동일한* 시퀀스 생성 (Random과 달리)
- 시드가 없는 경우에는
RandomNumberGenerator를 래핑 (추가적인 스마트 기능 포함)
- 약 1.3cpb (cycles-per-byte) 성능 달성, AES-NI와 유사
- CPU/코어별 확장 가능
- 예시:
CryptoRandom.NextGuid()vs.Guid.NewGuid()[BenchmarkDotNet]: - Windows-x64에서 4~5배 빠름
- Linux-x64에서 5~30배 빠름
- Linux-ARM64 (AWS Graviton-2)에서 4~5배 빠름
- .NET 5.0+ 및 6.0+용으로 제작
- 광범위한 테스트 커버리지 및 정확성 검증 (110개 이상의 테스트)
- CI는 Linux-latest 및 Windows-latest에서 .NET 5/6/7/8/9/10 대상으로 실행
CryptoRandom API:
System.Random의 모든 API (링크)- 편의를 위한
CryptoRandom.Shared정적 공유 인스턴스 제공 (물론 스레드 안전) - 시드 생성자:
CryptoRandom(ReadOnlySpanseedKey) CryptoRandom(int Seed)(Random시드 생성자와 동일)byte[] NextBytes(int count)Guid NextGuid()- Windows에서
Guid.NewGuid()보다 5배 (500%) 빠름 - Linux에서
Guid.NewGuid()보다 15배 (1500%) 빠름 - 122비트 대신 128비트 랜덤 생성
Guid SqlServerGuid()- SQL-서버 클러스터 키로 사용하기에 적합한 새 Guid 반환
- Guid 구조는
[8 바이트의 랜덤][8 바이트의 SQL-서버 정렬된 DateTime.UtcNow] - 각 Guid는 100나노초
UtcNow정밀도 한계 내에서 순차적이어야 함 - 합리적인 추측 불가능성과 온라인 무차별 대입 공격 방지를 위한 64비트 엔트로피
Guid.NewGuid()보다 약 15% 빠름long NextInt64()long NextInt64(long maxValue)long NextInt64(long minValue, long maxValue)- 랜덤
struct(작업에 대해 확실히 이해하고 사용하세요): void Next(ref T @struct) where T : unmanaged T Next() where T : unmanaged
Utils API (SecurityDriven.Core.Utils):
static SpanAsSpan (ref T @struct) where T : unmanaged - 관리되지 않는 struct T를 동등한
Span로 캐스팅 static ref T AsStruct(Span span) where T : unmanaged Span를 동등한 관리되지 않는 struct T로 캐스팅int StructSizer.Size - struct T의 바이트 크기 반환
빠른 벤치마크:
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($"{sw2.Elapsed} Guid.NewGuid() [{ratio:N2}x slower]");
}
Output:
[.NET 6.0.0-rc.1.21451.13]
00:00:00.5486513 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0587652 Guid.NewGuid() [3.75x slower]
00:00:00.4117180 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0485556 Guid.NewGuid() [4.98x slower]
00:00:00.4103378 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0534771 Guid.NewGuid() [5.00x slower]
00:00:00.4100701 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0823213 Guid.NewGuid() [5.08x slower]
00:00:00.4017192 cryptoRandom.NextGuid()
00:00:02.0488105 Guid.NewGuid() [5.10x slower]Random과 RandomNumberGenerator의 문제점은 무엇인가요?
Random은 느리고 스레드에 안전하지 않으며(동시 접근 시 심각하게 실패하고 조용히 오류가 발생함)Random은 잘못 구현되어 있음:
Random r = new Random(); // new CryptoRandom();
const int mod = 2;
int[] hist = new int[mod];
for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
int num = r.Next(0x55555555);
int num2 = num % 2;
++hist[num2];
}
for (int i = 0; i < mod; i++)
Console.WriteLine($"{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 시드 없이 빠름(새로운 알고리즘), 안전한.Shared속성 제공, 하지만 인스턴스는 스레드 안전하지 않음Random/.NET 6 시드 있는 경우 느린 레거시 비스레드 안전 .NET 알고리즘으로 대체됨- 두
Random구현 모두 암호학적으로 강력한 결과를 목표로 하지 않음 RandomNumberGenerator는 지능적인 래핑과 더 유용한RandomAPI로 훨씬 빠를 수 있음
처리량(단일 스레드) .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 RyuJIT처리량 (단일 스레드) .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--- Tranlated By Open Ai Tx | Last indexed: 2026-02-09 ---