MySQL高级函数之：`RANDOM_BYTES()`：其在生成随机字节序列中的应用。

MySQL 高级函数 RANDOM_BYTES()：生成随机字节序列的应用

大家好，今天我们来深入探讨 MySQL 中一个非常有用的高级函数：RANDOM_BYTES()。 顾名思义，这个函数用于生成随机字节序列。 虽然它看起来很简单，但在实际应用中，它却能发挥出巨大的作用，尤其是在数据安全、唯一标识符生成、密码学应用等领域。 本次讲座，我们将从 RANDOM_BYTES() 的基本语法入手，然后逐步深入到它在不同场景下的具体应用，并通过代码示例来演示如何高效地使用它。

RANDOM_BYTES() 函数的基本语法与特性

RANDOM_BYTES() 函数的语法非常简单：

RANDOM_BYTES(length)

其中 length 是一个整数，表示要生成的随机字节序列的长度。 该函数返回一个 VARBINARY 类型的字符串，其中包含指定长度的随机字节。

关键特性：

• 返回值类型： VARBINARY。 这意味着返回的是二进制数据，而不是文本数据。
• 参数类型： length 必须是一个非负整数。
• 随机性： RANDOM_BYTES() 依赖于 MySQL 的随机数生成器。 其随机性质量取决于底层随机数生成器的实现。
• 确定性： 在相同的 MySQL 服务器实例中，每次调用 RANDOM_BYTES() 都会生成不同的随机字节序列。 这对于需要不可预测性的场景至关重要。
• 安全性： 虽然 RANDOM_BYTES() 可以用于生成随机数据，但它并不适合直接用于高安全性的密码学应用，例如生成加密密钥。 对于这些场景，应该使用专门的密码学库或函数。

RANDOM_BYTES() 的应用场景与实例

接下来，我们来看一下 RANDOM_BYTES() 在不同场景下的具体应用，并提供相应的代码示例。

1. 生成唯一标识符 (UUID-like)

虽然 MySQL 提供了 UUID() 函数，但 RANDOM_BYTES() 结合其他函数，可以用于生成自定义格式的唯一标识符。 例如，我们可以生成一个 16 字节的随机序列，并将其转换为十六进制字符串，来创建一个类似 UUID 的标识符。

SELECT HEX(RANDOM_BYTES(16));

解释：

• RANDOM_BYTES(16) 生成一个 16 字节的随机二进制数据。
• HEX() 函数将二进制数据转换为十六进制字符串。

这种方法可以用于生成数据库记录的唯一 ID，或者用于在分布式系统中生成全局唯一的标识符。

更进一步：添加分隔符

为了使生成的标识符更易读，我们可以添加分隔符，例如短划线 (-)。

SELECT
    INSERT(
        INSERT(
            INSERT(
                INSERT(HEX(RANDOM_BYTES(16)), 9, 0, '-'),
                14, 0, '-'
            ),
            19, 0, '-'
        ),
        24, 0, '-'
    );

这个 SQL 语句使用 INSERT() 函数在十六进制字符串的特定位置插入短划线，从而生成类似于 UUID 的格式。

代码示例：存储到数据库

CREATE TABLE unique_ids (
    id VARCHAR(36) PRIMARY KEY,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

INSERT INTO unique_ids (id)
VALUES (
    INSERT(
        INSERT(
            INSERT(
                INSERT(HEX(RANDOM_BYTES(16)), 9, 0, '-'),
                14, 0, '-'
            ),
            19, 0, '-'
        ),
        24, 0, '-'
    )
);

SELECT * FROM unique_ids;

2. 生成随机密码或盐值

RANDOM_BYTES() 可以用于生成随机密码或盐值，用于提高密码的安全性。 注意： 在实际应用中，应该结合专业的密码哈希算法（例如 bcrypt, scrypt, Argon2）来存储密码。

生成随机密码：

SELECT HEX(RANDOM_BYTES(12)); -- 生成 12 字节的随机密码 (转换为 24 字符的十六进制字符串)

解释：

• 生成的密码是随机的，但它只包含十六进制字符 (0-9, A-F)。 如果需要包含更多字符，可以使用更复杂的生成方法。

生成盐值：

盐值是一个随机字符串，用于与密码组合，然后再进行哈希。 这样可以防止彩虹表攻击。

SELECT HEX(RANDOM_BYTES(16)); -- 生成 16 字节的随机盐值 (转换为 32 字符的十六进制字符串)

代码示例：结合密码哈希存储密码

CREATE TABLE users (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    username VARCHAR(255) UNIQUE NOT NULL,
    password_hash VARCHAR(255) NOT NULL,
    salt VARCHAR(32) NOT NULL
);

-- 模拟用户注册流程
SET @username = 'testuser';
SET @salt = HEX(RANDOM_BYTES(16));
SET @password = 'securepassword';

-- 使用 SHA256 哈希密码和盐值
SET @password_hash = SHA2(CONCAT(@password, @salt), 256);

INSERT INTO users (username, password_hash, salt)
VALUES (@username, @password_hash, @salt);

SELECT * FROM users WHERE username = @username;

-- 验证密码
SET @input_password = 'securepassword';
SET @user_salt = (SELECT salt FROM users WHERE username = @username);
SET @input_password_hash = SHA2(CONCAT(@input_password, @user_salt), 256);

SELECT IF(@input_password_hash = (SELECT password_hash FROM users WHERE username = @username), 'Password Matched', 'Password Incorrect');

重要提示： 上面的示例仅用于演示目的。 在生产环境中，强烈建议使用 bcrypt, scrypt, Argon2 等更安全的密码哈希算法。

3. 生成随机数据进行测试

RANDOM_BYTES() 可以用于生成随机数据，用于测试数据库的性能或模拟真实的数据集。

生成随机字符串：

SELECT CONV(HEX(RANDOM_BYTES(10)), 16, 36); -- 生成 10 字节的随机字符串 (转换为 20 字符的 base36 字符串)

解释：

• CONV() 函数将十六进制字符串转换为 base36 字符串。 Base36 包含 0-9 和 A-Z，因此可以生成更丰富的随机字符串。

生成随机二进制数据：

SELECT RANDOM_BYTES(1024); -- 生成 1024 字节的随机二进制数据

代码示例：批量插入随机数据

CREATE TABLE random_data (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    data VARBINARY(1024)
);

-- 批量插入 100 条随机数据
INSERT INTO random_data (data)
SELECT RANDOM_BYTES(1024) FROM (SELECT 1 UNION SELECT 2 UNION SELECT 3 UNION SELECT 4 UNION SELECT 5 UNION SELECT 6 UNION SELECT 7 UNION SELECT 8 UNION SELECT 9 UNION SELECT 10) a
CROSS JOIN (SELECT 1 UNION SELECT 2 UNION SELECT 3 UNION SELECT 4 UNION SELECT 5 UNION SELECT 6 UNION SELECT 7 UNION SELECT 8 UNION SELECT 9 UNION SELECT 10) b;

SELECT COUNT(*) FROM random_data;

4. 生成 Session ID

RANDOM_BYTES() 也可以用于生成 Session ID，用于跟踪用户的会话状态。

SELECT HEX(RANDOM_BYTES(32)); -- 生成 32 字节的随机 Session ID (转换为 64 字符的十六进制字符串)

代码示例：存储 Session ID 到数据库

CREATE TABLE sessions (
    session_id VARCHAR(64) PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    last_activity TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP
);

-- 模拟用户登录流程
SET @user_id = 123;
SET @session_id = HEX(RANDOM_BYTES(32));

INSERT INTO sessions (session_id, user_id)
VALUES (@session_id, @user_id);

SELECT * FROM sessions WHERE session_id = @session_id;

5. 生成随机数

虽然 RAND() 函数更常用于生成随机数，但 RANDOM_BYTES() 也可以结合其他函数来生成随机数。

生成 0 到 1 之间的随机数：

SELECT CAST(CONV(HEX(RANDOM_BYTES(8)), 16, 10) AS DECIMAL(65, 0)) / POW(16, 16);

解释：

• RANDOM_BYTES(8) 生成 8 字节的随机二进制数据。
• HEX() 将二进制数据转换为十六进制字符串。
• CONV(..., 16, 10) 将十六进制字符串转换为十进制字符串。
• CAST(... AS DECIMAL(65, 0)) 将十进制字符串转换为 DECIMAL 类型。
• POW(16, 16) 计算 16 的 16 次方。
• 最后，将十进制数除以 16 的 16 次方，得到一个 0 到 1 之间的随机数。

代码示例：生成指定范围内的随机整数

SET @min = 1;
SET @max = 100;

SELECT FLOOR(@min + (CAST(CONV(HEX(RANDOM_BYTES(8)), 16, 10) AS DECIMAL(65, 0)) / POW(16, 16)) * (@max - @min + 1));

RANDOM_BYTES() 的性能考虑

RANDOM_BYTES() 的性能取决于 MySQL 的随机数生成器的实现。 对于大多数应用场景，其性能是可以接受的。 但是，如果需要生成大量的随机数据，或者在高并发的环境中使用 RANDOM_BYTES()，则需要考虑其性能影响。

优化建议：

• 批量生成： 尽量避免在循环中调用 RANDOM_BYTES()。 而是应该批量生成随机数据，然后将其插入到数据库中。
• 缓存： 如果需要多次使用相同的随机数据，可以将其缓存起来，避免重复生成。
• 硬件加速： 一些硬件设备（例如 Intel 的 RDRAND 指令）可以提供更快的随机数生成速度。 MySQL 可以配置为使用这些硬件加速功能。

RANDOM_BYTES() 与其他随机函数比较

MySQL 提供了多个随机函数，例如 RAND() 和 UUID()。 RANDOM_BYTES() 与它们相比，有其自身的优缺点。

函数	描述	返回值类型	适用场景
RANDOM_BYTES()	生成指定长度的随机字节序列。	VARBINARY	生成唯一标识符、随机密码、盐值、测试数据等。 灵活性高，可以自定义随机数据的格式。
RAND()	生成 0 到 1 之间的随机浮点数。	DOUBLE	生成随机数、模拟随机事件等。
UUID()	生成一个 UUID (Universally Unique Identifier)。	VARCHAR(36)	生成唯一标识符。 遵循 UUID 标准，易于与其他系统集成。

选择建议：

• 如果需要生成指定长度的随机字节序列，并且需要自定义随机数据的格式，则应该使用 RANDOM_BYTES()。
• 如果只需要生成 0 到 1 之间的随机数，则应该使用 RAND()。
• 如果需要生成符合 UUID 标准的唯一标识符，则应该使用 UUID()。

总结：灵活应用，安全第一

RANDOM_BYTES() 是一个功能强大的函数，可以用于生成各种类型的随机数据。 理解其基本语法、特性和适用场景，可以帮助我们更好地利用它来解决实际问题。 记住，在涉及密码学应用时，一定要选择合适的算法和工具，确保数据的安全性。 务必结合专业的密码哈希算法存储密码。

希望本次讲座能够帮助大家更好地理解和使用 RANDOM_BYTES() 函数。 谢谢大家！