Что такое генератор случайных чисел в лотерее и как он работает
Как работают генераторы случайных чисел?
Для понимания принципов действия генератора случайных чисел следует разобраться, на чем они основаны, как работает этот алгоритм.
Суть его функционирования заключается в том, что создается некий порядок чисел, которые абсолютно не зависят друг от друга. Расчет проводится на базе ряда параметров, которые характеризуют процесс, включенные в него элементы, действия и так далее. В ситуациях, где используются случайные числа, параметры изменяются в хаотической последовательности, то есть безо всякого порядка. В повседневной жизни есть довольно понятные и популярные примеры таких генераторов: подкидывание кубика, подбрасывание монетки и другие.
Принципы работы алгоритма
Для разработки генераторов случайных чисел используются несколько математических открытий: теория вероятности, теория хаоса. Они позволяют создать последовательность цифр, которую абсолютно невозможно предсказать. И неважно, о чем идет речь: о гранях игральной кости или шариках в лототроне. Такой мощный алгоритм разрабатывался не столько для индустрии игр или казино, сколько для науки. Там он используется для проведения исследований, использующих статистику для оценки данных.
Что называют случайностью и как ее сгенерировать?
Главное условие, обеспечивающее соблюдение грамотных принципов работы генератора, это абсолютно одинаковый шанс на выпадение любого числа, которые есть в заданной системе. Только такие принципы считаются честными. Каждое новое число, генерируемое таким способом, не зависит от факторов, повлиявших на выпадение всех предыдущих цифр.
Если сформулировать более понятным языком, что следует сказать, что невозможно определить порядок или выявить зависимость между выпадающими цифрами в генераторе истинно случайных чисел. К примеру, первый бросок шестигранного игрального кубика дает шанс на выпадение цифры от 1 до 6 с абсолютно одинаковой вероятностью. Она равна 1/6 (около 16,67%). При любом последующем броске, будь то пятидесятый или тысячный, вероятность выпадения каждой цифры остается такой же.
Что называют псевдослучайностью?
Существует генератор, который создает псевдослучайные последовательности цифр. В нем при первом взгляде тоже отсутствуют любые закономерности, но это не совсем так. Если внутренний перечень цифр в нем ограничен, то последовательности могут повторяться через некоторое время. Но обычно это происходит после очень длинной цепочки выпавших чисел.
Что такое ГСЧ – как работает генератор случайных чисел
Алгоритм генератора случайных чисел часто используется в видеоиграх, где он устанавливает разные результаты каждый раз, когда его запускают. Возможно, вы заметили, что даже если вы играете на одном уровне в игре, каждый раз, когда вы пытаетесь выполнить миссию, он не будет одинаковым. Различия не будут наблюдаться в локации или требованиях к миссии, но они будут наблюдаться в количестве приближающихся врагов и областях их появления, изменениях климата и различных препятствиях, которые встречаются между ними. Это делает игру более захватывающей и интересной.
В противном случае, после нескольких попыток игра покажется скучной, так как вы сможете предсказать события, которые произойдут дальше. Это может показаться простым, но для компьютера – генерировать случайные числа – это сложная задача, требующая следовать точным инструкциям, закодированным в нём.
Истинный ГСЧ против псевдо ГСЧ
Есть два типа генераторов случайных чисел: истинные и псевдо.
Какие приложения используют ГСЧ
Не во всех играх используется генератор случайных чисел, что делает их менее конкурентоспособными и часто утомительными, однако, новые игры почти всегда идут с генератором случайных чисел. Многие приложения и игры выигрывают от случайности, поскольку они могут приносить интерес и прибыль только в том случае, если они случайны:
Помимо игровых приложений, есть код случайных чисел в JavaScript, используемый разработчиками и кодировщиками во всём мире для включения генератора случайных чисел в их программы. У Google есть свой очень интересный инструмент, который также основан на теории случайных чисел JavaScript и может генерировать случайные числа. Этот инструмент может пригодиться, когда вы играете в игры с друзьями и семьей. Чтобы посмотреть ГСЧ Google, нажмите здесь.
Манипуляции с ГСЧ
Я уже обсуждал различия между истинным ГСЧ и псевдо ГСЧ и тот факт, что в играх используется псевдо ГСЧ, основанный на алгоритме. Некоторые увлеченные геймеры используют утилиты эмуляции для анализа игр и выявления лазеек, которые можно использовать для управления результатами, даже если используется алгоритм генератора случайных чисел.
ГСЧ на основе алгоритма использует начальное число, которое представляет собой комбинацию определенных факторов и генерирует результат в игре. Это применяемые законы математики, и поскольку 1+1 всегда равно 2, аналогично, если известны факторы в игре, которые приносят желаемый результат, то вы всегда можете достичь того же результата.
Например, если игра требует от игрока выбрать определенного персонажа с определенными усилениями, и результатом будет легкая битва с боссом, то этот шаблон будет постоянным, и все, кто выберет одни и те же варианты, будут иметь одинаковые результаты. Но, для обычного игрока это было бы невозможно, и псевдо-ГСЧ всегда казался бы истинным ГСЧ.
Почему геймеры ненавидят ГСЧ
Геймеров можно разделить на соревнующихся игроков, спидраннеров и средних игроков. Любой конкурентоспособный игрок, овладевший техникой игры и движениями, захочет бросить вызов другим игрокам и побеждать на основе навыков и, несомненно, возненавидит игру, если на результат повлияет генератор случайных чисел. Точно так же спидраннер хотел бы завершить игру как можно скорее, но алгоритм генератора случайных чисел включает тормоза, создавая каждый раз неизвестные и неожиданные сценарии в игре.
В идеале геймеры хотели бы уменьшить количество случаев, когда они сталкиваются со средством генерации случайных чисел в игре, чтобы держать весь игровой процесс и результат под своим контролем. Но, это возможно лишь до определенной степени. И когда геймер часами осваивает игрового персонажа и его движения, он больше всего расстраивается, когда случается что-то случайное, и вся стратегия нарушается. Иногда это тоже действует как благословение, но обычно это проклятие.
Кто такой RNGesus?
Обычные игроки, которые играют только для того, чтобы развлечься или скоротать время, не заботятся о результате игры. Но, опытные профессиональные игроки ненавидят проигрывать только потому, что удача была не в их пользу.
Игроки, которые проигрывают, часто винят в своих поражениях злой ГСЧ, который выгоден их противникам. Там где зло, должен быть Бог – RNGesus.
Среди геймеров во всем мире появился новый термин, RNGesus, который больше соответствует игре слов с «Иисусом». Поскольку Иисус Христос считается нашим спасителем в реальном мире, RNGesus – это вообразимая сущность, созданная для спасения игроков от пагубных последствий ГСЧ. Это нигде не доказывается, но началось как миф, а теперь распространилось по игровому сообществу, как лесной пожар.
Окончательный вердикт по ГСЧ – хорошо или плохо?
На этот вопрос сложно ответить, и определенно не может быть одного и того же ответа для всех. В то время как среднестатистические геймеры утверждают, что это хорошо, другим нравится соревновательный дух.
Алгоритм генератора случайных чисел действительно сохраняет непредсказуемость и интересность каждый раз, когда вы играете на одном уровне. Он стал важной частью многих игр, предлагая разнообразие, например, головоломки, карточные игры, ролевые игры и многие другие. Но, для геймеров, которые верят в навыки как в единственный способ пройти игру, ГСЧ подрывает их потенциал, когда вытаскивает что-то случайное из коробки.
Игры предназначены для развлечения и удовольствия. Если у вас хороший ГСЧ, вы сможете получить лучшие варианты, несмотря на низкие шансы. В случае плохого ГСЧ, вы получите худший результат, даже если вы играли в игру именно так, как должно. Правда в том, что это не то, что можно воспринимать так серьёзно, особенно если оно основано на алгоритме генератора случайных чисел.
Подробно о генераторах случайных и псевдослучайных чисел
Введение
Как отличить случайную последовательность чисел от неслучайной?
Чуть более сложный пример или число Пи
Последовательность цифры в числе Пи считается случайной. Пусть генератор основывается на выводе бит представления числа Пи, начиная с какой-то неизвестной точки. Такой генератор, возможно и пройдет «тест на следующий бит», так как ПИ, видимо, является случайной последовательностью. Однако этот подход не является критографически надежным — если криптоаналитик определит, какой бит числа Пи используется в данный момент, он сможет вычислить и все предшествующие и последующие биты.
Данный пример накладывает ещё одно ограничение на генераторы случайных чисел. Криптоаналитик не должен иметь возможности предсказать работу генератора случайных чисел.
Отличие генератора псевдослучайных чисел (ГПСЧ) от генератора случайных чисел (ГСЧ)
Источники энтропии используются для накопления энтропии с последующим получением из неё начального значения (initial value, seed), необходимого генераторам случайных чисел (ГСЧ) для формирования случайных чисел. ГПСЧ использует единственное начальное значение, откуда и следует его псевдослучайность, а ГСЧ всегда формирует случайное число, имея в начале высококачественную случайную величину, предоставленную различными источниками энтропии.
Энтропия – это мера беспорядка. Информационная энтропия — мера неопределённости или непредсказуемости информации.
Можно сказать, что ГСЧ = ГПСЧ + источник энтропии.
Уязвимости ГПСЧ
Линейный конгруэнтный ГПСЧ (LCPRNG)
Распространённый метод для генерации псевдослучайных чисел, не обладающий криптографической стойкостью. Линейный конгруэнтный метод заключается в вычислении членов линейной рекуррентной последовательности по модулю некоторого натурального числа m, задаваемой следующей формулой:
где a (multiplier), c (addend), m (mask) — некоторые целочисленные коэффициенты. Получаемая последовательность зависит от выбора стартового числа (seed) X0 и при разных его значениях получаются различные последовательности случайных чисел.
Для выбора коэффициентов имеются свойства позволяющие максимизировать длину периода(максимальная длина равна m), то есть момент, с которого генератор зациклится [1].
Пусть генератор выдал несколько случайных чисел X0, X1, X2, X3. Получается система уравнений
Решив эту систему, можно определить коэффициенты a, c, m. Как утверждает википедия [8], эта система имеет решение, но решить самостоятельно или найти решение не получилось. Буду очень признателен за любую помощь в этом направлении.
Предсказание результатов линейно-конгруэнтного метода
Основным алгоритмом предсказания чисел для линейно-конгруэнтного метода является Plumstead’s — алгоритм, реализацию, которого можно найти здесь [4](есть онлайн запуск) и здесь [5]. Описание алгоритма можно найти в [9].
Простая реализация конгруэнтного метода на Java.
Отправив 20 чисел на сайт [4], можно с большой вероятностью получить следующие. Чем больше чисел, тем больше вероятность.
Взлом встроенного генератора случайных чисел в Java
Многие языки программирования, например C(rand), C++(rand) и Java используют LСPRNG. Рассмотрим, как можно провести взлом на примере java.utils.Random. Зайдя в исходный код (jdk1.7) данного класса можно увидеть используемые константы
Метод java.utils.Randon.nextInt() выглядит следующим образом (здесь bits == 32)
Результатом является nextseed сдвинутый вправо на 48-32=16 бит. Данный метод называется truncated-bits, особенно неприятен при black-box, приходится добавлять ещё один цикл в brute-force. Взлом будет происходить методом грубой силы(brute-force).
Пусть мы знаем два подряд сгенерированных числа x1 и x2. Тогда необходимо перебрать 2^16 = 65536 вариантов oldseed и применять к x1 формулу:
до тех пор, пока она не станет равной x2. Код для brute-force может выглядеть так
Вывод данной программы будет примерно таким:
Несложно понять, что мы нашли не самый первый seed, а seed, используемый при генерации второго числа. Для нахождения первоначального seed необходимо провести несколько операций, которые Java использовала для преобразования seed, в обратном порядке.
И теперь в исходном коде заменим
crackingSeed.set(seed);
на
crackingSeed.set(getPreviousSeed(seed));
И всё, мы успешно взломали ГПСЧ в Java.
Взлом ГПСЧ Mersenne twister в PHP
Рассмотрим ещё один не криптостойкий алгоритм генерации псевдослучайных чисел Mersenne Twister. Основные преимущества алгоритма — это скорость генерации и огромный период 2^19937 − 1, На этот раз будем анализировать реализацию алгоритма mt_srand() и mt_rand() в исходном коде php версии 5.4.6.
Можно заметить, что php_mt_reload вызывается при инициализации и после вызова php_mt_rand 624 раза. Начнем взлом с конца, обратим трансформации в конце функции php_mt_rand(). Рассмотрим (s1 ^ (s1 >> 18)). В бинарном представление операция выглядит так:
10110111010111100111111001110010 s1
00000000000000000010110111010111100111111001110010 s1 >> 18
10110111010111100101001110100101 s1 ^ (s1 >> 18)
Видно, что первые 18 бит (выделены жирным) остались без изменений.
Напишем две функции для инвертирования битового сдвига и xor
Тогда код для инвертирования последних строк функции php_mt_rand() будет выглядеть так
Если у нас есть 624 последовательных числа сгенерированных Mersenne Twister, то применив этот алгоритм для этих последовательных чисел, мы получим полное состояние Mersenne Twister, и сможем легко определить каждое последующее значение, запустив php_mt_reload для известного набора значений.
Область для взлома
Если вы думаете, что уже нечего ломать, то Вы глубоко заблуждаетесь. Одним из интересных направлений является генератор случайных чисел Adobe Flash(Action Script 3.0). Его особенностью является закрытость исходного кода и отсутствие задания seed’а. Основной интерес к нему, это использование во многих онлайн-казино и онлайн-покере.
Есть много последовательностей чисел, начиная от курса доллара и заканчивая количеством времени проведенным в пробке каждый день. И найти закономерность в таких данных очень не простая задача.
Задание распределения для генератора псевдослучайных чисел
Для любой случайной величины можно задать распределение. Перенося на пример с картами, можно сделать так, чтобы тузы выпадали чаще, чем девятки. Далее представлены несколько примеров для треугольного распределения и экспоненциального распределения.
Треугольное распределение
Приведем пример генерации случайной величины с треугольным распределением [7] на языке C99.
Экспоненциальное распределение
Тесты ГПСЧ
Некоторые разработчики считают, что если они скроют используемый ими метод генерации или придумают свой, то этого достаточно для защиты. Это очень распространённое заблуждение. Следует помнить, что есть специальные методы и приемы для поиска зависимостей в последовательности чисел.
Одним из известных тестов является тест на следующий бит — тест, служащий для проверки генераторов псевдослучайных чисел на криптостойкость. Тест гласит, что не должно существовать полиномиального алгоритма, который, зная первые k битов случайной последовательности, сможет предсказать k+1 бит с вероятностью большей ½.
В теории криптографии отдельной проблемой является определение того, насколько последовательность чисел или бит, сгенерированных генератором, является случайной. Как правило, для этой цели используются различные статистические тесты, такие как DIEHARD или NIST. Эндрю Яо в 1982 году доказал, что генератор, прошедший «тест на следующий бит», пройдет и любые другие статистические тесты на случайность, выполнимые за полиномиальное время.
В интернете [10] можно пройти тесты DIEHARD и множество других, чтобы определить критостойкость алгоритма.
Как устроены генераторы чисел?
Чтобы понять, как действует генератор случайных чисел, нужно разобраться в его устройстве и в том, на чем он основывается. Генератор чисел создает определенный порядок абсолютно независящих друг от друга чисел, основываясь на определенных параметрах рассматриваемого элемента, процесса, действия и так далее. В связи с тем, что речь идет о случайных числах, то и параметры изменяются хаотично.
Существует много распространенных и достаточно примитивных примеров, на которых можно рассмотреть его устройство: подкидывание любой монеты, бросок игрального кубика и так далее.
Принцип устройства
В работе генератора случайных чисел активно задействован ряд теорий (в частности, теория хаоса). С этим и связана абсолютная непредсказуемость выпадения того или иного шарика в лототроне, определенной грани игральной кости, загаданной до броска стороны монетки. Однако стоит отметить, что и в науке такой аппарат играет важную роль: в первую очередь для статистических исследований.
Что такое случайность и как её создать?
Основным условием, крайне важным для соблюдения правильных и честных принципов работы системы ГСЧ, является абсолютно равная вероятность на выпадение любого из возможных чисел, которые только могут выпасть в созданной системе. При этом соблюдается полная независимость от того фактора, какие еще числа выпали до или после этого.
Это можно объяснить более простым языком: в генераторе истинно случайных чисел просто нельзя выстроить порядок и зависимость выпадающих цифр. Допустим, если вы бросаете первый раз шестигранную игральную кость, то у вас может выпасть абсолютно любое число от 1 до 6 с одинаковой вероятностью 16,(6)%. И независимо от того, какая цифра выпала, она с аналогичной вероятностью может повторно выпасть при втором, сотом, тысячном бросках.
Псевдослучайность
Также существует генератор псевдослучайных последовательностей. Несмотря на то, что на первый взгляд в нем тоже очевидно отсутствие закономерностей, подобный генератор с конечным числом внутренних состояний повторится, хотя это может произойти после очень длительной цепочки чисел.
Виды и разновидности генераторов чисел для лотерей
Что такое генератор номеров для лотерей?
Это очень важно для энтузиастов лотерей понимать, как работает генератор номеров для лотерей. В действительности, когда Вы покупаете лотерейный билет или заполняете в нем номера для Вашей лотереи, Вы используете генератор номеров, который называется — Ваши собственные мозги. Генератор номеров для лотереи это ничто другое как случайный выбор номеров и его довольно таки трудно сделать.
Каждая машина, даже генератор случайных чисел, должен иметь метод, по которому он работает и угадывает случайные числа, но такого метода нет вообще, так как это сложно. Однако, чтобы убедиться, что Вы угадываете правильные выигрышные номера, Вы должны дать Вашему мозгу какие-нибудь вводные данные, основанные на истории лотереи и используя эти данные.
Таким образом, чтобы понять, как генерировать выигрышные номера для лото, Вы перегружаете Ваш математический гений. Кроме того, генератор номеров для лотереи также использует три разных метода, чтобы сгенерировать выигрышные комбинации. Один из них является чисто случайной техникой, второй — с использованием исторических данных (прошлые выигрышные номера) и третий — комбинации обоих этих методов. Один из очень хороших софтов, использующий этот метод — это Серебрянная система лото многих миллионов от Кена.
Как генерировать выигрышные номера для лото
Первого вида генератор случайных чисел может производить набор случайных чисел, сколько Вы укажете. Например, Вам нужно выбрать 5 из 56, если Вы играете в Powerball. Этот метод аналогичен тому, что Вы всё равно спросили б Вашег члена семьи выбрать числа, и этот метод не поддается логике.
Второй вид генератора чисел работает с выбранными номерами. Если Вы можете ввести номера прошлых розыгрышей за определенный период, софт может проанализировать данные и создать последовательность номеров, а также просчитает возможность выпадения выигрышных номеров. Это один из самых популярных методов, основанный на принципах статистики и допустимости. Многие победители лотерей известны выигрышем небольших призов, для которых использовались регулярно определенные номера. RedFoxLotto предлагает этот вид генератора номеров для своих подписчиков.
Последний, но не самый последний вообще, третий тип генератора номеров использует оба вышеуказанных метода, чтобы просчитать возможный выход. В действительности, Вам необходимо будет дать программе Ваш первоначальный выбор номеров, и генератор скажет Вам возможность выигрыша. В дополнение к этому, программа также даст Вам возможные пары и тройки, которые могут выпасть. Вы можете использовать эту информацию, чтобы выбрать Ваши счастливые номера и увеличить шансы на победу.
Другой тип генератора номеров основан на нумерологии и использует дату Вашего рождения, чтобы просчитать Ваши выигрышные номера. Однако, Вы можете использовать их на свой страх и риск. Это в большей степени генератор духовных номеров и может сработать.
Независимо от существующего количества генераторов лотерейных номеров, ничто не может заменить человеческий мозг и здравый смысл. Используйте их по полной, чтобы быть уверенным в Вашей финансовой независимости.