第三章 kubernetes创建TLS证书和秘钥

其他 2019-04-24 09:31:03 阅读次数: 0

创建TLS证书和秘钥

前言

执行下列步骤前建议你先阅读以下内容：

注意：这一步是在安装配置kubernetes的所有步骤中最容易出错也最难于排查问题的一步，而这却刚好是第一步，万事开头难，不要因为这点困难就望而却步。

kubernetes 系统的各组件需要使用 TLS 证书对通信进行加密，本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 来生成 Certificate Authority (CA) 和其它证书；

生成的 CA 证书和秘钥文件如下：

  • ca-key.pem
  • ca.pem
  • kubernetes-key.pem
  • kubernetes.pem
  • kube-proxy.pem
  • kube-proxy-key.pem
  • admin.pem
  • admin-key.pem

使用证书的组件如下：

  • etcd：使用 ca.pem、kubernetes-key.pem、kubernetes.pem；
  • kube-apiserver：使用 ca.pem、kubernetes-key.pem、kubernetes.pem；
  • kubelet：使用 ca.pem；
  • kube-proxy：使用 ca.pem、kube-proxy-key.pem、kube-proxy.pem；
  • kubectl：使用 ca.pem、admin-key.pem、admin.pem；

kube-controller、kube-scheduler 当前需要和 kube-apiserver 部署在同一台机器上且使用非安全端口通信，故不需要证书。

注意：以下操作都在 master 节点即 172.20.200.100 这台主机上执行，证书只需要创建一次即可，以后在向集群中添加新节点时只要将 /etc/kubernetes/ 目录下的证书拷贝到新节点上即可。

安装 CFSSL

直接使用二进制源码包安装

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /root/local/bin/cfssl

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
chmod +x cfssljson_linux-amd64
mv cfssljson_linux-amd64 /root/local/bin/cfssljson

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
chmod +x cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /root/local/bin/cfssl-certinfo

export PATH=/root/local/bin:$PATH

在$GOPATH/bin目录下得到以cfssl开头的几个命令。

注意：以下文章中出现的cat的文件名如果不存在需要手工创建。

创建 CA (Certificate Authority)

创建 CA 配置文件

mkdir /root/ssl
cd /root/ssl
cfssl print-defaults config > config.json
cfssl print-defaults csr > csr.json
# 根据config.json文件的格式创建如下的ca-config.json文件
# 过期时间设置成了 87600h
cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "87600h"
      }
    }
  }
}
EOF

字段说明

  • ca-config.json：可以定义多个 profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；后续在签名证书时使用某个 profile；
  • signing：表示该证书可用于签名其它证书；生成的 ca.pem 证书中 CA=TRUE；
  • server auth：表示client可以用该 CA 对server提供的证书进行验证；
  • client auth：表示server可以用该CA对client提供的证书进行验证；

创建 CA 证书签名请求

创建 ca-csr.json 文件，内容如下：

cat > ca-csr.json <<EOF
    {
      "CN": "kubernetes",
      "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
      },
      "names": [
        {
          "C": "CN",
          "ST": "BeiJing",
          "L": "BeiJing",
          "O": "k8s",
          "OU": "System"
        }
      ]
    }
EOF
  • "CN"：Common Name，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求的用户名 (User Name)；浏览器使用该字段验证网站是否合法；
  • "O"：Organization，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求用户所属的组 (Group)；

生成 CA 证书和私钥

$ cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
$ ls ca*
ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem

创建 kubernetes 证书

创建 kubernetes 证书签名请求文件 kubernetes-csr.json:

cat > kubernetes-csr.json << EOF
{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "172.16.200.100",
      "172.16.200.101",
      "172.16.200.102",
      "10.254.0.1",
      "kubernetes",
      "kubernetes.default",
      "kubernetes.default.svc",
      "kubernetes.default.svc.cluster",
      "kubernetes.default.svc.cluster.local"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "ST": "BeiJing",
            "L": "BeiJing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF
  • 如果 hosts 字段不为空则需要指定授权使用该证书的 IP 或域名列表，由于该证书后续被 etcd 集群和 kubernetes master 集群使用，所以上面分别指定了 etcd 集群、kubernetes master 集群的主机 IP 和 kubernetes 服务的服务 IP（一般是 kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 网段的第一个IP，如 10.254.0.1。

生成 kubernetes 证书和私钥

$ cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes
$ ls kubernetes*
kubernetes.csr  kubernetes-csr.json  kubernetes-key.pem  kubernetes.pem

创建 admin 证书

创建 admin 证书签名请求文件 admin-csr.json：

cat > admin-csr.json << EOF
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
  • 后续 kube-apiserver 使用 RBAC 对客户端(如 kubelet、kube-proxy、Pod)请求进行授权；
  • kube-apiserver 预定义了一些 RBAC 使用的 RoleBindings，如 cluster-admin 将 Group system:masters 与 Role cluster-admin 绑定，该 Role 授予了调用kube-apiserver 的所有 API的权限；
  • OU 指定该证书的 Group 为 system:masters，kubelet 使用该证书访问 kube-apiserver 时 ，由于证书被 CA 签名，所以认证通过，同时由于证书用户组为经过预授权的 system:masters，所以被授予访问所有 API 的权限

生成 admin 证书和私钥

 $ cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin
$ ls admin*
admin.csr  admin-csr.json  admin-key.pem  admin.pem

创建 kube-proxy 证书

创建 kube-proxy 证书签名请求文件 kube-proxy-csr.json

cat > kube-proxy-csr.json << EOF
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
  • CN 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy；
  • kube-apiserver 预定义的 RoleBinding cluster-admin 将User system:kube-proxy 与 Role system:node-proxier 绑定，该 Role 授予了调用 kube-apiserver Proxy 相关 API 的权限；

生成 kube-proxy 客户端证书和私钥

$ cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes  kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy
$ ls kube-proxy*
kube-proxy.csr  kube-proxy-csr.json  kube-proxy-key.pem  kube-proxy.pem

校验证书

以 kubernetes 证书为例

  • 使用 opsnssl 命令

    $ openssl x509 -noout -text -in kubernetes.pem
    ...
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
    Issuer: C=CN, ST=BeiJing, L=BeiJing, O=k8s, OU=System, CN=Kubernetes
    Validity
    Not Before: Apr 5 05:36:00 2017 GMT
    Not After : Apr 5 05:36:00 2018 GMT
    Subject: C=CN, ST=BeiJing, L=BeiJing, O=k8s, OU=System, CN=kubernetes
    ...
    X509v3 extensions:
    X509v3 Key Usage: critical
    Digital Signature, Key Encipherment
    X509v3 Extended Key Usage:
    TLS Web Server Authentication, TLS Web Client Authentication
    X509v3 Basic Constraints: critical
    CA:FALSE
    X509v3 Subject Key Identifier:
    DD:52:04:43:10:13:A9:29:24:17:3A:0E:D7:14:DB:36:F8:6C:E0:E0
    X509v3 Authority Key Identifier:
    keyid:44:04:3B:60:BD:69:78:14:68:AF:A0:41:13:F6:17:07:13:63:58:CD

              X509v3 Subject Alternative Name:
              DNS:kubernetes, DNS:kubernetes.default, DNS:kubernetes.default.svc, DNS:kubernetes.default.svc.cluster, DNS:kubernetes.default.svc.cluster.local, IP Address:127.0.0.1, IP Address:172.20.0.112, IP Address:172.20.0.113, IP Address:172.20.0.114, IP Address:172.20.0.115, IP Address:10.254.0.1

    ...

  • 使用 cfssl-certinfo 命令

    $ cfssl-certinfo -cert kubernetes.pem

    {
      "subject": {
        "common_name": "kubernetes",
        "country": "CN",
        "organization": "k8s",
        "organizational_unit": "System",
        "locality": "BeiJing",
        "province": "BeiJing",
        "names": [
          "CN",
          "BeiJing",
          "BeiJing",
          "k8s",
          "System",
          "kubernetes"
        ]
      },
      "issuer": {
        "common_name": "Kubernetes",
        "country": "CN",
        "organization": "k8s",
        "organizational_unit": "System",
        "locality": "BeiJing",
        "province": "BeiJing",
        "names": [
          "CN",
          "BeiJing",
          "BeiJing",
          "k8s",
          "System",
          "Kubernetes"
        ]
      },
      "serial_number": "174360492872423263473151971632292895707129022309",
      "sans": [
        "kubernetes",
        "kubernetes.default",
        "kubernetes.default.svc",
        "kubernetes.default.svc.cluster",
        "kubernetes.default.svc.cluster.local",
        "127.0.0.1",
        "10.64.3.7",
        "10.254.0.1"
      ],
      "not_before": "2017-04-05T05:36:00Z",
      "not_after": "2018-04-05T05:36:00Z",
      "sigalg": "SHA256WithRSA",

分发证书

将生成的证书和秘钥文件（后缀名为.pem）拷贝到所有机器的 /etc/kubernetes/ssl 目录下备用；

mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
cp *.pem /etc/kubernetes/ssl

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