如何用RSA签名SHAKE256哈希？RSACryptoServiceProvider不支持SHA3的解决办法

方案一：手动构建PKCS#1 v1.5签名格式（适用于.NET Framework） #

由于RSACryptoServiceProvider的SignHash不支持SHAKE256，可手动实现RSA签名的底层逻辑——对符合PKCS#1 v1.5格式的哈希数据块进行私钥加密：

• 生成SHAKE256哈希
  用已有的SeriesOne.CORE包生成输入数据的SHAKE256哈希，得到字节数组shakeHash。

• 构建PKCS#1 v1.5签名块
  RSA签名需将哈希值包装为指定结构，以2048位RSA密钥（模数长度256字节）为例：

  // 自定义SHAKE256的OID（若仅用于内部验证，可省略OID部分）
  var oidBytes = Encoding.ASCII.GetBytes("1.3.6.1.4.1.11591.15.2");
  int keySizeBytes = 256; // 2048位密钥对应256字节
  int paddingLength = keySizeBytes - 3 - oidBytes.Length - shakeHash.Length;
  var paddingBytes = new byte[paddingLength];
  Array.Fill(paddingBytes, (byte)0xFF);
  
  // 组装签名块：0x00 0x01 + 全0xFF填充 + 0x00 + OID + 哈希值
  var signatureBlock = new byte[] { 0x00, 0x01 }
      .Concat(paddingBytes)
      .Concat(new byte[] { 0x00 })
      .Concat(oidBytes)
      .Concat(shakeHash)
      .ToArray();
  

• 生成签名
  使用私钥加密签名块，采用PKCS#1填充：

  byte[] signature;
  using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))
  {
      rsa.FromXmlString(私钥XML字符串);
      signature = rsa.Encrypt(signatureBlock, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
  }
  

• 验证签名
  用公钥解密签名，提取哈希值并对比：

  bool isValid = false;
  using (var rsa = new RSACryptoServiceProvider(2048))
  {
      rsa.FromXmlString(公钥XML字符串);
      var decryptedBlock = rsa.Decrypt(signature, RSAEncryptionPadding.Pkcs1);
      var extractedHash = decryptedBlock.Skip(decryptedBlock.Length - shakeHash.Length).ToArray();
      isValid = extractedHash.SequenceEqual(shakeHash);
  }
  

方案二：使用RSACng（.NET Framework 4.6+ 或 .NET Core/5+） #

替换旧的RSACryptoServiceProvider为RSACng，它支持更灵活的签名操作，可直接对SHAKE256哈希进行签名：

// 生成SHAKE256哈希
byte[] shakeHash = SeriesOne.CORE.Hash.SHAKE256(输入数据字节数组, 哈希输出长度);

// 签名哈希
byte[] signature;
using (var rsa = new RSACng())
{
    rsa.ImportParameters(私钥参数);
    signature = rsa.SignHash(shakeHash, new HashAlgorithmName("SHAKE256"), RSASignaturePadding.Pkcs1);
}

// 验证签名
bool isValid;
using (var rsa = new RSACng())
{
    rsa.ImportParameters(公钥参数);
    isValid = rsa.VerifyHash(shakeHash, signature, new HashAlgorithmName("SHAKE256"), RSASignaturePadding.Pkcs1);
}

方案三：使用第三方加密库（如BouncyCastle） #

直接使用支持SHA3系列的加密库，无需手动处理格式：

// 生成SHAKE256哈希
var shakeDigest = new ShakeDigest(256);
shakeDigest.BlockUpdate(输入数据字节数组, 0, 输入数据字节数组.Length);
byte[] shakeHash = new byte[32]; // 自定义输出长度
shakeDigest.DoFinal(shakeHash, 0);

// RSA签名
var privateKey = AsymmetricKeyParameterConverter.FromXmlString(私钥XML字符串);
var signer = SignerUtilities.GetSigner("SHAKE256withRSA");
signer.Init(true, privateKey);
signer.BlockUpdate(shakeHash, 0, shakeHash.Length);
byte[] signature = signer.GenerateSignature();

// 验证签名
var publicKey = AsymmetricKeyParameterConverter.FromXmlString(公钥XML字符串);
var verifier = SignerUtilities.GetSigner("SHAKE256withRSA");
verifier.Init(false, publicKey);
verifier.BlockUpdate(shakeHash, 0, shakeHash.Length);
bool isValid = verifier.VerifySignature(signature);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tokechu