C#で暗号学的に安全な乱数を生成する方法：RNGCryptoServiceProviderクラスの使い方

暗号学的に安全な乱数を生成するには、RNGCryptoServiceProviderクラスを使用します。このクラスはSystem.Security.Cryptography名前空間に属しており、暗号処理に対応した乱数ジェネレーター（CSPRNG）を実装しています。

通常のRandomクラスとは異なり、予測が極めて困難な高品質な乱数を取得できるため、トークンやキーの生成など、セキュリティが求められる場面に適しています。

以下は、このクラスを使ってランダムな値を取得する基本的なコード例です。

using (RNGCryptoServiceProvider crypto = new RNGCryptoServiceProvider()) {
    byte[] val = new byte[6];
    crypto.GetBytes(val);
    randomvalue = BitConverter.ToInt32(val, 1);
}

crypto.GetBytesメソッドは、指定したバイト配列に暗号強度の高いランダムなバイト列を格納します。その後、BitConverter.ToInt32でバイト列から整数値へ変換しています。

安全な乱数を実際に生成して動作を確認したい場合は、次のサンプルコードを実行してみてください。この例では、生成した整数値から桁を取り出し、0〜1の範囲のdouble型の乱数に変換して出力しています。

サンプルコード

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text.RegularExpressions;
using System.Security.Cryptography;
public class Demo {
    public static void Main(string[] args) {
        for (int i = 0; i <= 5; i++) {
            Console.WriteLine(randomFunc());
        }
    }
    private static double randomFunc() {
        string n = "";
        int randomvalue;
        double n2;
        using (RNGCryptoServiceProvider crypto = new RNGCryptoServiceProvider()) {
            byte[] val = new byte[6];
            crypto.GetBytes(val);
            randomvalue = BitConverter.ToInt32(val, 1);
        }
        n += randomvalue.ToString().Substring(1, 1)[0];
        n += randomvalue.ToString().Substring(2, 1)[0];
        n += randomvalue.ToString().Substring(3, 1)[0];
        n += randomvalue.ToString().Substring(4, 1)[0];
        n += randomvalue.ToString().Substring(5, 1)[0];
        double.TryParse(n, out n2);
        n2 = n2 / 100000;
        return n2;
    }
}

出力結果

0.13559
0.0465
0.18058
0.26494
0.52231
0.78927

なお、RNGCryptoServiceProviderクラスは.NET 6以降では非推奨（Obsolete）となっています。最新の環境では、RandomNumberGenerator.Create()やRandomNumberGenerator.Fill()メソッドを使用することが推奨されています。基本的な仕組みは共通しているため、本記事のコードを理解すれば新しいAPIへの移行もスムーズに行えます。