【LuatOS】Lua与LuatOS中的Math.randomseed

0x00 缘起

在Lua或者LuatOS虚拟机中，可以使用math.randomseed()进行置随机数种子，然后使用math.random()生成随机数。那么存在以下操作：

math.randomseed(5).
使用math.random()生成 $n$ 个随机数，组成序列 $S_1$ .
再次math.randomseed(5).
使用math.random()生成 $n$ 个随机数，组成序列 $S_2$ .
比较 $S_1$ 是否等于 $S_2$ .

上述操作主要测试使用相同的随机数种子进行math.randomseed()后，是否能够重置随机序列的生成。

0x01 环境

操作系统：Windows 11 24H2;
硬件参数：
- CPU：Intel i7 9750H;
- RAM: 32GB 2666Mhz;
本地Lua环境: Lua 5.1.5;
本地LuatOSPC模拟器：
- LuatOS@PC base 24.10 bsp V1109 64bit;
- Lua 5.3.6;
在线Lua环境：
- Lua 5.3;
- https://www.jyshare.com/compile/66/;
在线LuatOS环境：
- Lua 5.3;
- https://wiki.luatos.com/_static/luatos-emulator/lua.html;

0x02 实验

测试代码

-- 函数：生成指定数量的随机数
print(_VERSION)

local function generate_random_numbers(seed, count)
    math.randomseed(seed)  -- 设置随机种子
    local numbers = {}
    for i = 1, count do
        table.insert(numbers, math.random())  -- 生成随机数并存入表中
    end
    return numbers
end

-- 设置随机种子和生成数量
local seed = 5
local count = 5

-- 生成两个随机数序列
local s1 = generate_random_numbers(seed, count)
local s2 = generate_random_numbers(seed, count)

-- 输出结果
print("s1:", table.concat(s1, ", "))
print("s2:", table.concat(s2, ", "))

-- 比较两个序列是否相等
local equal = true
for i = 1, count do
    if s1[i] ~= s2[i] then
        equal = false
        break
    end
end

-- 输出比较结果
if equal then
    print("s1 equal s2")
else
    print("s1 not equal s2 !")
end

实验方法

在本地Lua环境、在线Lua环境、本地LuatOS环境、在线LuatOS环境中分别执行2次“实验代码”，并分析输出结果。

实验结果

1. 本地Lua环境实验结果

PS D:\Users\admin\Desktop> lua .\main.lua
Lua 5.1
s1:     0.0016479995117038, 0.87566759239479, 0.37400433362835, 0.74614703817866, 0.84414197210608
s2:     0.0016479995117038, 0.87566759239479, 0.37400433362835, 0.74614703817866, 0.84414197210608
s1 equal s2

PS D:\Users\admin\Desktop> lua .\main.lua
Lua 5.1
s1:     0.0016479995117038, 0.87566759239479, 0.37400433362835, 0.74614703817866, 0.84414197210608
s2:     0.0016479995117038, 0.87566759239479, 0.37400433362835, 0.74614703817866, 0.84414197210608
s1 equal s2
PS D:\Users\admin\Desktop>

2. 在线Lua环境实验结果

Lua 5.3
s1:	0.046467764768749, 0.99275522399694, 0.08003044500947, 0.14768879674375, 0.079644672572613
s2:	0.046467764768749, 0.99275522399694, 0.08003044500947, 0.14768879674375, 0.079644672572613
s1 equal s2

Lua 5.3
s1:	0.046467764768749, 0.99275522399694, 0.08003044500947, 0.14768879674375, 0.079644672572613
s2:	0.046467764768749, 0.99275522399694, 0.08003044500947, 0.14768879674375, 0.079644672572613
s1 equal s2

3. 本地LuatOS环境实验结果

PS D:\Users\admin\Desktop> &"D:\LuatOSeMulator\luatos.exe" D:\Users\admin\Desktop\main.lua
[00000000.002]E/uart uart library initial error!
[00000000.002]I/main LuatOS@PC base 24.10 bsp V1109 64bit
[00000000.002]I/main ROM Build: Oct 30 2024 14:11:01
[00000000.003]D/main loadlibs luavm 1048568 16920 16920
[00000000.003]D/main loadlibs sys   251904 131072 65536
[00000000.003]D/fs fopen main.luac rb
[00000000.003]D/fs fopen main.lua rb
[00000000.003]D/fs fopen main.lua rb
Lua 5.3
s1:     0.12750244100000, 0.30233764600000, 0.73547363300000, 0.14608764600000, 0.024383545000000
s2:     0.65908813500000, 0.10214233400000, 0.20410156200000, 0.57086181600000, 0.62246704100000
s1 not equal s2 !
[00000000.004]E/main Lua VM exit!! reboot in 15000ms

PS D:\Users\admin\Desktop> &"D:\LuatOSeMulator\luatos.exe" D:\Users\admin\Desktop\main.lua
[00000000.001]E/uart uart library initial error!
[00000000.002]I/main LuatOS@PC base 24.10 bsp V1109 64bit
[00000000.002]I/main ROM Build: Oct 30 2024 14:11:01
[00000000.002]D/main loadlibs luavm 1048568 16920 16920
[00000000.002]D/main loadlibs sys   251904 131072 65536
[00000000.002]D/fs fopen main.luac rb
[00000000.002]D/fs fopen main.lua rb
[00000000.002]D/fs fopen main.lua rb
Lua 5.3
s1:     0.12750244100000, 0.30233764600000, 0.73547363300000, 0.14608764600000, 0.024383545000000
s2:     0.65908813500000, 0.10214233400000, 0.20410156200000, 0.57086181600000, 0.62246704100000
s1 not equal s2 !
[00000000.003]E/main Lua VM exit!! reboot in 15000ms
PS D:\Users\sen79\Desktop>

4. 在线LuatOS实验结果

[14:12:06] 虚拟机初始化完毕
[14:12:06] Lua 5.3
[14:12:06] s1:	0.25809025764465, 0.89685845375061, 0.32093167304993, 0.81395554542542, 0.12924122810364
[14:12:06] s2:	0.25809025764465, 0.89685845375061, 0.32093167304993, 0.81395554542542, 0.12924122810364
[14:12:06] s1 equal s2
[14:12:06] 虚拟机已停止运行

[14:12:23] 虚拟机初始化完毕
[14:12:23] Lua 5.3
[14:12:23] s1:	0.25809025764465, 0.89685845375061, 0.32093167304993, 0.81395554542542, 0.12924122810364
[14:12:23] s2:	0.25809025764465, 0.89685845375061, 0.32093167304993, 0.81395554542542, 0.12924122810364
[14:12:23] s1 equal s2
[14:12:23] 虚拟机已停止运行

实验总结

统计上述实验结果，形成以下表格：

运行环境	S1=S2	两次运行结果相同
本地Lua	真	真
在线Lua	真	真
本地LuatOS	假	真
在线LuatOS	真	真

除本地LuatOS环境 $S 1 \neq = S 2$ 外，其余环境均 $S 1 = S 2$ ，所有运行环境两次运行结果均相同。

0x03 结论

在本地Lua环境、在线Lua环境、本地LuatOS环境、在线LuatOS环境4个Lua运行环境中，执行两次“实验代码”以测试math.randomseed()的表现。实验结果表明，在本地LuatOS环境中math.randomseed()不能够重置math.random()的随机数生成序列，本地Lua环境、在线Lua环境、在线LuatOS环境3个环境中，math.randomseed()均能够重置math.random()的随机数生成序列。

0x04 资源

0x05 后记

己欲立而立人，己欲达而达人。