用.NET寫「算命」程式

  • 2019 年 10 月 3 日
  • 筆記

用.NET寫「算命」程式

「算命」，是一種迷信，我父親那一輩卻執迷不悟，有時深陷其中，有時為求一「上上籤」，甚至不惜重金，向「天神」保佑。我曾看到過有些算命網站，可以根據人的生辰八字，來求得這個人一生的財運、桃花運，如果第一卦算得不好，還可以向「天神」「請願」（充錢），再算一卦，直到達到好運為止。

作為一個深信唯物辯證法的人來說，這些東西當然是不信。

但仔細口味，發現這些東西其中需要有些科學道理。我可以將算命總結為以下「三要素」：

  1. 一致性

    「命中注定」，因此「算」出來的東西，不管早算還是晚算，什麼時候算，結果應該都一樣。

  2. 無規律性

    「天機不可泄露」，因此輸入相近的姓名等參數，輸出應該相差較遠。「每個人的命運各不相同」，比如狗二和狗三，相差只有一個字，但他們的命運並不一定會幾乎一樣。演算法應該也考慮這一點。

  3. 個性化

    輸入參數應該盡量個性化，不要像十二生肖/十二星座那樣，和性別做排列組合，只有12x2=24種結果。否則撞車的人太多，容易露餡?。因此輸入參數必須個性化，最好是姓名、性別再加上生辰八字（出生時間）。

  4. 可操作性

    孜孜不倦的求卦者，可能會「誠心誠意」想求個「上上籤」，因此在一致性的基礎上，必須要加一點點「可操作性」。這個可以當作一個單獨的輸入參數來表示。

如果將算命當作一個函數，那它的輸入無疑是姓名、其它個人資訊和誠心。，輸出就是一個分數（0–100），可以用下圖的程式碼表示：

int destinyScore = f(name, otherPersonalInformation, faith);

下面，我將用.NET實現這個「算命」的功能。

最簡單的「算命」程式

最初想法

如果只以姓名作為輸入，那麼這個函數可以簡化為：

int destinyScore = f(name);

這可能就好辦多了，如.NET中的.GetHashCode()，即可快速獲取一個字元串的哈希值，這個哈希值應該是固定的（嗎？），該值的取值範圍是int.MinValue–int.MaxValue。因此最簡單的辦法，可以先可以通過對100求模，此時的取值範圍是-99~99；然後再取絕對值+1即可，程式碼如下：

int GetForturn(string name)  {      return Math.Abs(name.GetHashCode() % 100) + 1;  }

在.NET Framework 4.8中運行，可以算出我（周傑）的得分固定為15分。

最簡單演算法的缺點-.NET Core的不一致

在.NET Core中，這個演算法每次重新運行，算出的結果都不同，因為.NET Core為了確保安全性，在應用程式啟動時，會隨機生成一個字元串哈希值種子，因此每次exe運行，哈希值都會變，文檔是這麼說的：

哈希程式碼本身不一定是穩定的。 對於單個版本的 .NET, 相同字元串的哈希程式碼可能跨 .net 實現、跨 .NET 版本和跨 .NET 平台 (如32位和64位) 不同。 在某些情況下, 它們甚至不同於應用程式域。 這意味著, 同一程式的兩次後續運行可能返回不同的哈希程式碼。（源自：https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.string.gethashcode?view=netframework-4.8 ）

很顯然，這不符合「一致性」，看來想簡單地通過GetHashCode()快速「算命」的想法落空了，只能使用標準的哈希演算法。

當然，使用如此簡單的演算法，客戶知道了，可能也不太情願消費更多的「誠意金」了。

哈希演算法

哈希演算法可以給任意長度的字元轉換為一串二進位數組，也就是哈希值。.NET內置了許多不同的哈希演算法可供選擇：

  1. 有單純的哈希，如MD5、SHA1之類；
  2. 有「加鹽」的哈希，如HMACSHA、HMACSHA256等；
  3. 有可指定生成長度、可多次迭代、綜合性「加鹽」的哈希，如Rfc2898DeriveBytes。

我們要指定一點點「天機」（加鹽），但「天機不可泄露」，因此簡單地MD5等單純哈希演算法排除；

我們要轉化為一個整數，最大的整數類型，long/Int64，為64位，而最小的內置哈希演算法，MD5，就已達128位。因此也要排除HMACSHA等「加鹽」哈希。當然這些哈希值也可以手動截取部分長度，但安全性是個問號（也受強迫症影響）。

搞過ASP.NET Identity登錄的都知道裡面用到了Rfc2898DeriveBytes，它默認為ASP.NET Core做了10000次迭代，用多次迭代的方式（而不是引入一個新哈希演算法的方式），確保了安全性。搞對稱加密的時候，有時也用這個類將客戶的密碼轉換為加密演算法的密鑰(key)，非常有用。

所以最終我們選擇了Rfc2898DeriveBytes，該演算法可以生成任意指定長度的哈希值。這個類的構造函數要求輸入一個鹽值和迭代次數，在這個示例中我們取一個別人不知道的值（程式碼中寫死了，你們假裝不知道，你們想用這個程式碼時可以改改?）。可以寫出如下程式碼：

int GetForturn(string name)  {      using (var h = new Rfc2898DeriveBytes(name,          salt: new byte[8] { 44, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8},          iterations: 10086))      {          return (int)(BitConverter.ToUInt64(h.GetBytes(8), 0) % 100) + 1;      };  }

可見算出一卦80分以上的「上籤」，已經非常不容易了。我從網上自動生成了888個姓名，然後調用該函數，發現得分超過90分「上上籤」標準的，只有83個，相同於十分之一，符合分布特點（詳情見Github上的程式碼）。

通過以下程式碼，可以算出「狗二」是48分，「狗三」是96分，可見一字之差相差甚遠：

GetForturn("狗二").Dump(); // 48  GetForturn("狗三").Dump(); // 96

完整演算法

最後，依葫蘆畫瓢，加上個人資訊參數（生日）和「誠意金次數」，完成最後的演算法：

int GetForturn(string name, DateTime birthDay, int faithCount)  {      using (var h = new Rfc2898DeriveBytes(name + birthDay + faithCount,          salt: new byte[8] { 44, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 },          iterations: 10086))      {          return (int)(BitConverter.ToUInt64(h.GetBytes(8), 0) % 100) + 1;      };  }

然後又是「狗二」和「狗三」，加上他們的生日參數後，默認他們的得分是95分和3分：

GetForturn("狗二", new DateTime(1994, 5, 17), 0).Dump(); // 95  GetForturn("狗三", new DateTime(1996, 11, 3), 0).Dump(); // 3

但狗三經過1次「誠意金」後，也求得了高達99分以上的「上上籤」：

GetForturn("狗二", new DateTime(1994, 5, 17), 0).Dump(); // 98  GetForturn("狗三", new DateTime(1996, 11, 3), ).Dump(); // 99

最後的話

Rfc2898DeriveBytes非常有用，本文說了Rfc2898DeriveBytes的一種使用場景，相信各位在工作當時也經常會有機會去接觸它。

我將上述功能做了一個頁面，願博君一笑：https://destiny.starworks.cc/

本文所用程式碼下載地址：https://github.com/sdcb/blog-data/tree/master/2019/20190905-fortune-with-dotnet

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