haskell - 使用随机数加密消息

Question

我目前正在尝试借助 Haskell 中随机生成的数字来加密消息(字符串)。这个想法是获取消息，生成具有相同长度(或更多，然后获取我需要的长度)的随机数字字符串。

然后我想根据 ASCII 表示执行一些操作，然后返回加密的字符串。

不幸的是，我不太熟悉 Haskell 中的 monad，所以这可能是一个非常简单的问题，但我还无法理解。

generateMyKey string = newStdGen >>= \x ->  print $ concatMap show $ map abs $ rs x
                    where rs x = randomlist (length string) x

randomlist :: Int -> StdGen -> [Int]
randomlist n = take n . unfoldr (Just . random)

所以问题是我从 getMyKey 中得到一个 IO()，但我想要一个字符串，或者至少一个 IO(String) 来执行加密机制。

现在我得到了一大堆正随机数(因此是abs+map)随机数，但我无法访问它们。

Answer 1

有两种基本方法可以实现此目的(一种更复杂但更简单)。如果您只是使用 System.Random，则可以通过两种方式生成随机数，要么接受 StdGen 并保持纯净，要么使用操作系统的随机生成器并保持在IO中。在某些时候，您必须调用操作系统的随机功能来获取种子或值，但这可能发生在远离实际代码的 main 中。

为了保持函数的纯净，您需要传递 StdGen 并使用函数

random :: Random a => StdGen -> (a, StdGen)
randoms :: Random a => StdGen -> [a]

(注意:我已将 RandomGen g => g 替换为 StdGen，无需为您的代码编写自定义 RandomGen 实例案例)

然后您可以将函数 generateMyKey 编写为

randomList :: Int -> StdGen -> [Int]
randomList n = take n . randoms

generateMyKey :: String -> StdGen -> String
generateMyKey text g
    = concatMap show
    $ map abs
    $ randomList (length text) g

这完全避免了必须生活在IO中。但要小心，如果您重复使用相同的 g，您每次都会生成相同的随机列表。我们可以通过使用IO及其相关函数来避免这种情况

randomList :: Int -> IO [Int]
randomList 0 = return []
randomList n = do
    first <- randomIO
    rest <- randomList (n - 1)  -- Recursively generate the rest
    return $ first : rest

generateMyKey :: String -> IO String
generateMyKey text = do
    key <- randomList (length text)
    return $ concatMap show $ map abs $ key

这会对性能造成影响，现在我们已经失去了重复生成相同 key 的能力，使得可靠地测试我们的函数变得困难!我们如何协调这两种方法？

<小时/>

输入包MonadRandom。这个包提供了一个 monad(和 monad 转换器，但你现在不需要担心)，它可以让你抽象出如何生成随机数，以便你可以选择在不同情况下运行代码的方式。如果你想要IO，你可以使用IO。如果你想提供种子，你可以提供种子。这非常方便。您可以使用 cabal install MonadRandom 安装它并将其用作

import Control.Monad.Random

randomList :: Int -> Rand StdGen [Int]
randomList n = fmap (take n) getRandoms

generateMyKey :: String -> Rand StdGen String
generateMyKey text = do
    key <- randomList (length text)
    return $ concatMap show $ map abs $ key

除了类型签名之外，我们的 generateMyKey 代码甚至与 IO 版本相同!

现在运行它。

main :: IO ()
main = do
    -- Entirely impure, have it automatically grab a StdGen from IO for us
    ioVersion <- evalRandIO $ generateMyKey "password"
    -- Make a StdGen that stays the same every time we run the program, useful for testing
    let pureStdGen = mkStdGen 12345
        pureVersion = evalRand (generateMyKey "password") pureStdGen
    -- Get a StdGen from the system, but still evaluate it purely
    ioStdGen <- getStdGen
    let pureVersion2 = evalRand (generateMyKey "password") ioStdGen
    -- Print out all three versions
    putStrLn ioVersion
    putStrLn pureVersion
    putStrLn pureVersion2