别再用 Math.random() 了！使用crypto.getRandomValues()安全替代

当我们需要一个随机数时，Math.random()几乎是所有人的第一反应。它简单、直接，一行代码就能得到一个 0 到 1 之间的浮点数。

然而，这个信手拈来的函数，却有着致命的缺陷。

Math.random()

Math.random()生成的数字并非真正的随机，而是伪随机。

什么是伪随机？它是由一个确定的算法，根据一个初始值（称为“种子”）计算出来的一系列数字。这个算法本身是公开的，这意味着，如果你知道了初始的“种子”，你就能完全预测出接下来生成的每一个“随机数”。

在早期的浏览器中，这个“种子”甚至可能只是简单的时间戳，使得预测变得非常容易。虽然现代浏览器已经改进了种子的生成方式，使其更难被猜测，但Math.random()的核心机制并没有改变。ECMAScript 规范本身不要求 Math.random() 必须是密码学安全的。

更安全的替代方案：crypto.getRandomValues()

window.crypto是浏览器提供的一套用于密码学操作的 API，而crypto.getRandomValues()就是其中的一员。它是一个密码学安全伪随机数生成器 (CSPRNG)。

与Math.random()不同，crypto.getRandomValues()的设计目标就是提供密码学级别的安全性。

它是如何做到“真正随机”的？

它直接从操作系统底层获取高质量的“熵 (Entropy)”。这些熵的来源是不可预测的物理事件，例如：

• 鼠标移动的精确时机和轨迹；
• 键盘输入的时机；
• 硬件设备产生的微小噪声；
• 网络数据包的到达时间。

操作系统将这些不可预测的事件混合成一个“熵池”，crypto.getRandomValues()正是从这个池中获取随机性，使其生成的数值在统计学上是真正不可预测的。

如何使用 crypto.getRandomValues()？

它的用法与Math.random()有所不同。它不是直接返回一个数字，而是用于填充一个类型化数组 (Typed Array)，如Uint8Array或Uint32Array。

基础用法：

// 创建一个包含 10 个字节的数组
const randomBytes = new Uint8Array(10);

// 用密码学安全的随机值填充它
crypto.getRandomValues(randomBytes);

console.log(randomBytes); // 输出: Uint8Array(10) [185, 20, 248, 119, ...]

这看起来似乎没那么直观，但别担心，我们可以轻松地将它封装成我们习惯使用的函数。

替代Math.random()的函数：

我们可以生成一个 32 位无符号整数，然后将其转换为 0 到 1 之间的浮点数。

function secureRandom() {
  //创建一个能容纳一个 32 位无符号整数的数组
  const array = new Uint32Array(1);
  // 填充随机值
  crypto.getRandomValues(array);
  // 将其除以 32 位整数的最大值(2^32-1)，得到[0,1)范围的浮点数
  return array[0] / (Math.pow(2, 32) - 1);
}
console.log(secureRandom());// 输出:0.81...(一个密码学安全的随机浮点数)

生成范围内安全随机整数的函数（常用）：

function secureRandomInt(min, max) {
  const range = max - min + 1;
  // 创建一个足够大的随机数，以减少模偏差
  const randomValue = new Uint32Array(1);
  crypto.getRandomValues(randomValue);

  return min + (randomValue[0] % range);
}

console.log(secureRandomInt(1, 6));   // 模拟安全的骰子
console.log(secureRandomInt(1000, 9999)); // 生成一个安全的 4 位验证码

Math.random()适用于那些不涉及安全或公平性的应用场景，例如：

• 生成随机的粒子效果、模拟下雨或下雪；
• 创作随机的图案和视觉效果；
• 需要玩家通过分享种子来玩到完全相同的游戏关卡。

当需要真随机时，请选择crypto.getRandomValues()，目前早已兼容各现代浏览器（IE 除外）。

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