romu

这是一个使用 Romu 算法为 Rust 编程语言编写的伪随机数生成器。

此伪随机数生成器（PRNG）不适用于加密目的。此软件包仅实现了原始作者推荐的 64 位 "RomuTrio" 生成器。

非线性随机数生成器

Romu 是一个非线性随机数生成器。这意味着周期是概率性的，基于种子。所需的周期越长，实际周期“太小”的可能性就越高。

以下公式由作者提供

    P(|cycle contains x<= 2^k|) = 2^k-s+7
        k is size of random numbers needed + 1.
        s is the state size.

获得“太小”周期的示例概率

• 当需要 2^62 个 64 位数字（32 EiB）时 -> 2^-122 概率
• 当需要 2^39 个 64 位数字（4 TiB）时 -> 2^-146 概率
• 当需要 2^36 个 64 位数字（512 GiB）时 -> 2^-149 概率

您可以在官方论文和原始作者的官方网站上了解更多关于 Romu 背后理论的信息。

播种

当用户调用生成器的 new() 或 default() 函数时，实现尝试使用最佳可用随机性来源来播种生成器（以下顺序）

1. 使用 getrandom 软件包从操作系统的优质随机性来源进行播种。必须激活 getrandom 功能。
2. 使用标准库的功能创建低质量随机性种子（使用当前时间、线程 ID 和内存地址）。必须激活 std 功能。
3. 使用内存地址作为非常低质量的随机性种子。如果操作系统支持地址空间布局随机化（ASLR），则此值应该相当“随机”。

强烈建议使用与 no_std 兼容的 getrandom 功能来获取高质量随机性种子。

用户可以始终使用用户提供的种子值创建/更新生成器。

如果使用 tls 功能，用户应该在创建第一个随机数之前调用 seed() 函数来初始化 TLS，因为 TLS 实例使用的是固定值。

SIMD

该包目前提供三个宽生成器，旨在加快大量随机数的生成。

• Rng128 - 128位宽度的生成器。
• Rng256 - 256位宽度的生成器。
• Rng512 - 512位宽度的生成器。

回退功能不会生成自动向量化代码，并且仅用于更好地利用 CPU 缓冲区。使用 Rng128 在填充字节切片时（AMD Ryzen 9 5950X）会导致吞吐量提高。

bytes/Rng/1048576       time:   [75.418 us 75.578 us 75.751 us]
                        thrpt:  [12.892 GiB/s 12.921 GiB/s 12.949 GiB/s]
bytes/Rng128/1048576    time:   [57.103 us 57.384 us 57.711 us]
                        thrpt:  [16.921 GiB/s 17.018 GiB/s 17.102 GiB/s]

手写的 SSE2 生成器不会提高吞吐量，因为它们不能在一条指令中计算 64 位乘法，而是需要多个 32 位乘法，并且宽度不够补偿。

然而，AVX2 为 Rng256 和 Rng512 提供了特殊的手写实现，这大大提高了吞吐量（AMD Ryzen 9 5950X）。

bytes/Rng/1048576       time:   [75.774 us 76.037 us 76.313 us]
                        thrpt:  [12.797 GiB/s 12.843 GiB/s 12.888 GiB/s]
bytes/Rng128/1048576    time:   [56.840 us 57.031 us 57.251 us]
                        thrpt:  [17.057 GiB/s 17.123 GiB/s 17.181 GiB/s]
bytes/Rng256/1048576    time:   [54.443 us 54.562 us 54.680 us]
                        thrpt:  [17.859 GiB/s 17.898 GiB/s 17.937 GiB/s]
bytes/Rng512/1048576    time:   [35.528 us 35.618 us 35.721 us]
                        thrpt:  [27.338 GiB/s 27.418 GiB/s 27.487 GiB/s]

夜间仅有的功能 unstable_simd 使用 core::simd 创建来实现 SIMD 生成器。

特性

该包与 no_std 兼容。

• std - 如果未使用 getrandom 或返回错误，生成器将使用线程名称和当前实例时间来创建种子值。默认启用。
• tls - 创建使用线程局部版本生成器的静态函数。默认启用。
• getrandom - 使用 getrandom 包创建高随机性的种子。默认启用。
• unstable_tls - 使用 Rust 夜间版的不稳定 thread_local 功能。大大提高了对线程局部函数的调用时间。
• unstable_simd - 使用 Rust 夜间版不稳定 std::simd 包提供宽生成器的 SIMD 版本。

许可证

根据 Apache License，版本 2.0 许可，(LICENSE 或 http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0)。

贡献

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