如何从/dev/urandom获取带前置零掩码的32字节随机数据？

我正在开发一个寻找比特币地址部分碰撞的程序，已获取urandom的源码但不知从何入手。我需要从/dev/urandom获取总计32字节的随机字节（包含掩码零），因为程序需要256位数据，转换为十六进制时开头需带有零掩码，示例十六进制输出如下：

000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000002d4

注意实际十六进制值前的零（我称之为掩码），Python中很多生成比特币地址的库都需要这种格式。

我在使用以下代码时遇到了问题（该代码并非来自random.c），现在认为修改urandom本身可能更有帮助：

static bool init_rand(void *data, size_t size)
{
    FILE *stream = fopen("/dev/urandom", "r");
    if (stream == NULL)
        return false;
    bool ok = (fread(data, sizeof(uint8_t), size, stream) == size);
    fclose(stream);
    return ok;
}

static bool init_rand(void *data, size_t size)
{
    size_t size0 = size / sizeof(unsigned) + 1;
    assert(size0 * sizeof(unsigned) >= size);
    unsigned data0[size0];
    for (size_t i = 0; i < size0; i++)
    {
        int err = rand_s(data0 + i);
        if (err != 0)
            return false;
    }
    memcpy(data, data0, size);
    return true;
}

static struct seed *make_seed(void)
{
    struct seed *seed = (struct seed *)malloc(sizeof(struct seed));
    assert(seed != NULL);
    seed->counter = 0;
    if (!init_rand(seed, sizeof(struct seed)))
    {
        fprintf(stderr, "error: failed to init random seed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (seed->counter == 0)     // Sanity check...
    {
        fprintf(stderr, "error: random seed initialization failed\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    return seed;
}

请问是否可以修改Linux内核驱动中的random.c，使其生成已带有零掩码的字节？

完全没必要修改Linux内核的random.c，原因及替代方案如下：

1. 内核修改的弊端

   • 成本极高：需要重新编译内核、维护自定义内核分支，后续系统更新会覆盖改动，兼容性极差。
   • 破坏设计初衷：/dev/urandom的核心作用是提供完全随机的字节流，强行加入固定前缀会破坏随机性，违背内核随机设备的设计原则。

2. 用户空间实现需求的两种场景
   你的需求本质是两种情况，都可以在用户空间轻松实现：

   场景1：十六进制格式化时补零到64位（对应示例的满长度零前缀显示） #

   读取32字节随机数据后，格式化输出时确保每个字节都以两位十六进制表示（高位补零），就能得到满64位的十六进制字符串，符合Python比特币库的格式要求。示例代码：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <fcntl.h>
   #include <unistd.h>
   #include <stdint.h>
   
   int main() {
       uint8_t data[32];
       int fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
       if (fd == -1) {
           perror("open /dev/urandom");
           exit(EXIT_FAILURE);
       }
       if (read(fd, data, sizeof(data)) != sizeof(data)) {
           perror("read /dev/urandom");
           close(fd);
           exit(EXIT_FAILURE);
       }
       close(fd);
   
       // 格式化输出64位十六进制，每个字节补零到两位
       for (size_t i = 0; i < sizeof(data); i++) {
           printf("%02x", data[i]);
       }
       printf("\n");
       return EXIT_SUCCESS;
   }
   

   场景2：生成的32字节数据中前N个字节固定为0（掩码） #

   如果是需要实际二进制数据的前若干字节为0，只需在读取随机数据后，手动将指定范围的字节置0即可，无需改动内核。示例代码（假设前28字节为掩码零）：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <fcntl.h>
   #include <unistd.h>
   #include <stdint.h>
   #include <string.h>
   
   #define MASK_LENGTH 28  // 前28字节为零掩码
   
   int main() {
       uint8_t data[32];
       int fd = open("/dev/urandom", O_RDONLY);
       if (fd == -1) {
           perror("open /dev/urandom");
           exit(EXIT_FAILURE);
       }
       if (read(fd, data, sizeof(data)) != sizeof(data)) {
           perror("read /dev/urandom");
           close(fd);
           exit(EXIT_FAILURE);
       }
       close(fd);
   
       // 设置前MASK_LENGTH字节为0
       memset(data, 0, MASK_LENGTH);
   
       // 输出十六进制
       for (size_t i = 0; i < sizeof(data); i++) {
           printf("%02x", data[i]);
       }
       printf("\n");
       return EXIT_SUCCESS;
   }
   

3. 针对你现有代码的优化
   你提供的init_rand函数用于初始化seed结构体，若需要结构体中部分字段为零掩码，只需在调用init_rand后，手动将对应字段赋值为0即可，无需修改内核或随机设备逻辑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者diviserbyzero