/dev/random 和 /dev/urandom 是 Linux 上的字符設備文件，它們是隨機數生成器，為系統提供隨機數
隨機數的重要性
隨機數在計算中很重要。 TCP/IP 序列號、密碼鹽和 DNS 源端口號都依賴於隨機數。
在密碼學中，隨機性無處不在，從密鑰的生成到加密系統，甚至密碼系統受到攻擊的方式。沒有隨機性，所有加密操作都是可預測的，因此不安全。
隨機數產生的原理
為了盡可能的做到隨機，隨機數生成器會收集系統環境中各種數據，比如：鼠標的移動，鍵盤的輸入, 終端的連接以及斷開，音視頻的播放，系統中斷，內存 CPU 的使用等等
生成器把收集到的各種環境數據放入一個池子 ( 熵池 ) 中，然后將這些數據進行去偏、漂白，主要目的也是使得數據更加無序，更加難以猜測或者預料得到
有了大量的環境數據之后，每次獲取隨機數時，從池子中讀取指定的字節序列，這些字節序列就是生成器生成的隨機數
隨機數生成器的結構
下圖是隨機數生成器的結構
整個生成器的結構分成 收集器、主熵池、次熵池、urandom熵池、計數器 幾部分
- 收集器
收集器收集系統中的環境噪音，比如：鼠標、鍵盤、中斷事件、內存、CPU等，收集之后進行批量去偏、漂白之后進入主熵池中
- 主熵池
主熵池接收收集器傳遞過來的環境數據，大小為 512字節( 4098二進制位) , 它為 次熵池 和 urandom 熵池提供隨機數
在 Linux上，可以通過下面的命令查看當前系統主熵池大小, 單位是 二進制位的數量
[root@localhost ~]# cat /proc/sys/kernel/random/poolsize
4096
- 次熵池
/dev/random 設備關連的，大小為128字節，它是阻塞的
- urandom 熵池
和 /dev/urandom 設備關連的，大小為128字節，它是非阻塞的
- 計數器
主熵池 、次熵池 以及 urandom熵池各自都有一個計數器，用一個整數值來記錄，表示當前熵池中可用隨機數的數量，這是一個預估的值，它是生成器根據熵池中的環境數據估算出來的
當熵池中有新的隨機數加入時，對應熵池的計數器計數會增加，當熵池中隨機數被取出時，熵池計數器計數減少
輸出接口
生成器主要有 /dev/random、/dev/urandom、get_random_bytes() 這三個接口
- /dev/random、/dev/urandom
可以從用戶空間去訪問這兩設備文件，即使是普通用戶也有訪問權限，它們返回指定請求數量的隨機數
- get_random_bytes()
只供內核使用的接口, 返回指定請求數量的隨機數，暫時不討論這個接口
請求隨機數流程
現假如應用層分別調用 /dev/random、/dev/urandom 請求 N 個隨機二進制位，它們的處理流程如下:
- /dev/urandom
urandom 熵池計數器計數會減去 N ，如果結果大於等於0 ，直接從urandom熵池中取出 N 個隨機二進制位並返回，如果結果小於0，請求不會阻塞，只不過返回的是 N 個偽隨機二進制位，這里的偽隨機二進制位是通過算法計算出來的，它的質量沒有 urandom 熵池中提取出的隨機二進制位高
- /dev/random
次熵池計數器減去 N， 如果結果大於等於0，直接從 次熵池中取出 N 個隨機二進制位並返回
如果結果小於 0， 先從主熵池提取剩余所需的隨機二進制位，主熵池計數器減去相應的值，同時返回 N 個隨機二進制位
如果這時主熵池和次熵池兩者計數器之和都不夠 N 的話， 則讀取隨機二進制位的動作會被阻塞，直到次熵池中有足夠的隨機二進制位
/dev/random、/dev/urandom 的區別
/dev/urandom 它返回指定請求數量的隨機數，如果請求的數量非常龐大的話，返回的隨機數可能是偽隨機數，隨機數質量稍差些，即使如此，它們對大多數應用來說已經足夠了
/dev/random 也是返回指定請求數量的隨機數，但是它產生的隨機數質量很高, 是屬於真隨機數, 主要用於需要高質量的隨機數的地方，比如：生成加密密鑰等。
為了保證隨機數的質量，/dev/random 只能返回熵池當前最大可用的隨機二進制位，當請求超過這個值，就會阻塞，直到熵池中有足夠的隨機二進制位
偽隨機 和 真隨機
上面提到了 偽隨機 和 真隨機，這里的 "真" 和 "偽" 是相對的
偽隨機數 是通過算法計算出來，它只具有計算隨機性
真隨機數來自於系統中各種環境噪音數據，再利用算法混淆，可以認為是完全隨機的了，具有真實的隨機性和計算隨機性
但是，對於一些微型的Linux系統，它的環境噪音很少，而且噪音種類也比較固定，能被猜測到的概率會大大增加，那么它真實的隨機性就大打折扣了，這時它產生的隨機數的隨機性 和 偽隨機數已經差不多了
使用哪個隨機數生成器
/dev/random 和 /dev/urandom 都是 Linux 上兩個隨機數生成器，那我們應用中使用哪一個呢，按照怎樣的原則去選呢 ?
首先要明確一點，/dev/random 和 /dev/urandom 產生的隨機數都是從同一個熵池 ( 主熵池 ) 中提取的，只有當各自的熵池耗盡了，它們的行為才有所不同: /dev/random 阻塞，而 /dev/urandom 沒有，但是此時它返回的是用算法計算出來的偽隨機數
一般有個規則，/dev/random 產生的隨機數質量高，主要用於一些安全方面，而且，它是阻塞的，對於大部分應用來說，這是不能接受的
對於 /dev/urandom ，當熵池計數器足夠的時候，產生真隨機數，計數不夠的時候，產生偽隨機數，最重要的是 它不會阻塞，而且，對於絕大多數的應用來說，偽隨機數也能很好的滿足需求了
小結
本文主要介紹了 Linux 下 /dev/random 和 /dev/urandom 兩種隨機數生成器的原理以及區別，關於它們更細節的知識請自行查閱 man 文檔 或 參考下面的鏈接