Xoshiro256**

David BlackmanとSebastiano Vignaが2018年に設計した疑似乱数生成器(PRNG)。Xorshift系列(XORとビットシフトの組み合わせで状態を更新するLFSRベースの高速な生成器群)の精神的後継にあたる。名前は各ラウンドを構成する3つの基本操作、XOR・SHIft・ROtateに由来する。

仕組み

256bit(64bit×4ワード)の内部状態を持つ。各ラウンドで、状態配列の各ワードを別のワードとXORし、シフトした値を次の要素にXORし、最後のワードをローテートする、という操作を経て次の状態に遷移する。状態遷移関数自体はGF(2)上で線形だが、出力段に非線形なスクランブル関数(名前の"**“は出力に2回の乗算を使うスクランブル方式を表す)を挟むことで、単純な代数攻撃を防いでいる。

周期と並列化

周期は2²⁵⁶ − 1。2¹²⁸刻みでジャンプ可能なため、独立した部分系列を多数切り出して並列計算に使える点はPhiloxと共通するが、Philoxが「カウンタ+鍵」から無記憶に出力を計算するのに対し、Xoshiro256**は状態を逐次更新しながらジャンプ操作で系列を分割する設計。

疑似乱数生成器の中での位置づけ

Mersenne Twisterの後継世代の一つで、PCGと並び高速・高品質・小さな状態サイズを両立する現代的なPRNG。設計思想はXorshift系列の発展形(XOR+shift+rotate)であり、LCG+permutationのPCG、カウンタベースのPhiloxとはアプローチが異なる。

#random

出典

• Xoshiro256** - RandomGen
• A PRNG shootout
• Open-Source PRNG Algorithm Libraries: Xoshiro vs PCG vs SplitMix vs Mersenne Twister | Pi Stack