Как работают генераторы случайных чисел и насколько случайный результат они выдают?

Подбрасывая монетку, можно быть уверенным, что шансы выпадения орла и решки одинаковы. Но можно зайти на сайт с генерацией рандомных чисел или скачать приложение на телефон, в котором будет возможность имитировать бросок монетки. Однако будет ли в таком случае результат действительно случайным, или же программа подберет число/результат, который заранее был известен?

Генератор псевдослучайных чисел

В большинстве случаев результат не будет действительно случайным, он будет получен алгоритмом, выдающим последовательность чисел близкую к случайной. Подобных алгоритмов очень много, и все они используют различные формулы, однако они все зацикливаются и могут выдать ограниченное количество цепочек "случайных" чисел.

Хорошим и простым примером будет один из самых ранних алгоритмов для генерации псевдослучайных чисел. Например, трехзначное число возводится в квадрат, затем из середины квадрата числа берётся трехзначное число, которое и становится результатом. А производя подобные вычисления несколько раз подряд, получается цепочка псевдослучайных чисел. Выглядит это так: допустим начальное значение 111, в таком случае 111² = 12321, получаем результат 232, после чего повторяем процедуру — 232² = 53824 и результатом становится 382. Чтобы подбор чисел не был постоянно одинаковым, важно чтобы начальное значение было разным при запуске алгоритма. Так, например, программы могут брать начальное значение исходя из даты и времени, когда был запущен алгоритм/приложение.

Большинство игр, приложений и сайтов используют именно генераторы псевдослучайных чисел, поскольку это значительно проще в реализации, а результат может быть получен мгновенно и без подключения к сети. Однако предсказуемость подобного генератора совершенно не подходит для использования его в целях шифрования данных. Тут на помощь приходит генератор истинно случайных чисел.

Генератор истинно случайных чисел

Простейшим истинным генератором случайных чисел является игральный кубик. Однако создать большой массив данных кидая кубик едва ли получится, а чтобы узнать результат даже одного броска, требуется время. Поэтому современные генераторы случайных чисел используют данные, полученные измерением различных физических процессов. Например, используют шум в электрических цепях, атмосферный шум, космическое излучение, колебания электромагнитного поля вакуума или шум радиоактивного распада атомов. Полученные данные являются абсолютно случайными и никак не могут быть предсказаны.

Недостатком подобноных генераторов является относительно медленная скорость выдачи результата, все же передача данных занимает больше времени, чем получение результата путем расчета по алгоритму. Однако уверенность в получении случайного числа важна во многих сферах. Но несмотря на сложность генераторов случайных чисел ими может воспользоваться каждый. Есть большое количество сайтов предоставляющих такую возможность (обычно, если сайт использует генератор истинно случайных чисел, то об этом есть информация).