Slumpgeneratorer

Slumpgeneratorer, eller slumpmässiga talgeneratorer, är metoder eller enheter som producerar sekvenser av tal som ska uppvisa slumpmässighet. I praktiken används två huvudkategorier: pseudo-slumpgeneratorer (PRNG) och verkliga slumpgeneratorer (HRNG). PRNGs är deterministiska algoritmer som bygger på ett initialt frö och återger en förutbestämd, men till synes slumpartad, sekvens. Exempel på vanliga PRNG-algoritmer är Mersenne Twister, Xoroshiro/xorshift, PCG och linear congruential generators (LCG). HRNGs hämtar slumpdata från fysiska processer och ger icke-deterministiska utdata, ofta genom att använda elektroniskt brus, termiskt brus eller andra oförutsägbara fenomen. Inom kryptografi används kryptografiskt säkra PRNGs (CSPRNG) som följer standarder som NIST SP 800-90A:s drbg-ramverk, exempelvis CTR-DRBG, Hash-DRBG och HMAC-DRBG.

Egenskaper som ofta bedöms hos slumpgeneratorer inkluderar periodens längd, uniformitet i fördelningen, oberoende mellan på varandra följande siffror, återanvändbarhet via frön samt reproducerbarhet när samma frö används. Slumpgeneratorers kvalitet kontrolleras genom statistiska testsviter som Diehard, Dieharder, NIST SP 800-22 och TestU01. För HRNGs är entropikällans kvalitet och driftsäkerhet centrala, medan PRNG/ CSPRNG:s kvalitet handlar mer om sannolikhetsfördelning och säkerhet.

Användningsområdenen inkluderar simuleringar och Monte Carlo-metoder, spel och simuleringar i datorgrafik, statistisk sampling samt olika maskininlärnings- och optimeringsalgoritmer. Kryptografiska tillämpningar kräver CSPRNGs med starkt säkerhetsprofil, medan icke-säkerhetskritiska tillämpningar oftast accepterar PRNGs med goda statistiska egenskaper.