[kubernetes] 证书详细总结
目錄
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一 證書簡介
二 證書類型分類
三? 證書說明
四 TLS?bootstrapping?簡化kubelet證書制作
五 證書制作步驟
1? 創建CA證書
2 創建K8S證書
2.1. 創建kubernetes證書
2.2 創建kube-controller-manager證書
2.3 創建kube-scheduler證書?
3 創建ADMIN證書
4 創建ETCD證書
6 查看證書信息：?
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一 證書簡介
服務端保留公鑰和私鑰，客戶端使用root CA認證服務端的公鑰
一共有多少證書：
Etcd：
1、Etcd對外提供服務，要有一套etcd?server證書
2、Etcd各節點之間進行通信，要有一套etcd?peer證書
3、Kube-APIserver訪問Etcd，要有一套etcd?client證書
kubernetes：
4、Kube-apiserver對外提供服務，要有一套kube-apiserver?server證書
5、kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-proxy、kubelet和其他可能用到的組件，需要訪問kube-APIserver，要有一套kube-apiserver?client證書
6、kube-controller-manager要生成服務的service?account，要有一對用來簽署service?account的證書(CA證書)
7、kubelet對外提供服務，要有一套kubelet?server證書
8、kube-apiserver需要訪問kubelet，要有一套kubelet?client證書
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加起來共8套，但是這里的“套”的含義我們需要理解。
同一個套內的證書必須是用同一個CA簽署的，簽署不同套里的證書的CA可以相同，也可以不同。例如，所有etcd server證書需要是同一個CA簽署的，所有的etcd peer證書也需要是同一個CA簽署的，而一個etcd server證書和一個etcd peer證書，完全可以是兩個CA機構簽署的，彼此沒有任何關系。這算兩套證書。
為什么同一個“套”內的證書必須是同一個CA簽署的
原因在驗證這些證書的一端。因為在要驗證這些證書的一端，通常只能指定一個Root CA。這樣一來，被驗證的證書自然都需要是被這同一個Root CA對應的私鑰簽署，不然不能通過認證。
實際上，使用一套證書（都使用一套CA來簽署）一樣可以搭建出K8S，一樣可以上生產，但是理清這些證書的關系，在遇到因為證書錯誤，請求被拒絕的現象的時候，不至于無從下手，而且如果沒有搞清證書之間的關系，在維護或者解決問題的時候，貿然更換了證書，弄不好會把整個系統搞癱。
kubelet證書為何不同
這樣做是一個為了審計，另一個為了安全。 每個kubelet既是服務端（kube-apiserver需要訪問kubelet），也是客戶端（kubelet需要訪問kube-apiserver），所以要有服務端和客戶端兩組證書。
服務端證書需要與服務器地址綁定，每個kubelet的地址都不相同，即使綁定域名也是綁定不同的域名，故服務端地址不同
客戶端證書也不應相同，每個kubelet的認證證書與所在機器的IP綁定后，可以防止一個kubelet的認證證書泄露以后，使從另外的機器上偽造的請求通過驗證。
安全方面，如果每個node上保留了用于簽署證書的bootstrap token，那么bootstrap token泄漏以后，是不是可以隨意簽署證書了？安全隱患非常大。所以，kubelet啟動成功以后，本地的bootstrap token需要被刪除。
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二 證書類型分類
kubernetes的證書類型主要分為3類：
- serving CA: 用于簽署serving證書，該證書用于加密https通信。用于簽署kubernetes API serving證書的CA也可以用于簽署API server插件的serving證書，可能會用到不同的CA
- client CA: 用于簽署客戶端證書，同時也被API server插件用來對客戶端發來的證書進行認證。用于簽署kubernetes API serving證書的client CA也可以用于簽署API server插件的serving證書，可能會用到不同的CA
- RequestHeader client CA: 該CA用于簽署API server代理客戶端證書，擁有代理證書的客戶端可以有效地偽裝成任何身份。當運行在aggregator之后時，該CA必須與前述aggregator代理客戶端證書的CA一致
三? 證書說明
serving 證書：
--tls-cert-file和--tls-private-key-file，API server用這兩個選項來認證連接到自己的TLS。這兩個證書也是CA(可以是自簽CA)簽署的。由于客戶端節點可能會拒絕自簽CA，因此需要將該CA分發給客戶端節點，并在客戶端指定該CA。如下kubelet的kubeconfig中的certificate-authority就指定了用于認證tls證書的CA。--tls-cert-file中需要有server字段的名稱。API server和kubelet(當需要認證到kubelet的請求時)都有這兩個選項，工作原理一樣。
current-context: my-context
apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
certificate-authority: /path/to/my/ca.crt # CERTIFICATE AUTHORITY THAT ISSUED YOUR TLS CERT
server: https://horse.org:4443 # this name needs to be on the certificate in --tls-cert-file
name: my-cluster
kind: Config
users:
- name: green-user
user:
client-certificate: path/to/my/client/cert
client-key: path/to/my/client/key
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client 證書
--client-ca-file：任何帶有 client-ca-file 簽名的客戶端證書的請求，都將通過客戶端證書中 Common Name 對應的標識進行身份認證，證書中的 Common Name 會作為用戶名，Organization作為組來使用。默認情況下，API Server使用該選項會自動創建一個名為extension-apiserver-authentication，位于kube-system命名空間的ConfigMap ，該ConfigMap 中包含了--client-ca-file指定的CA。
API server的--kubelet-certificate-authority、--kubelet-client-certificate、--kubelet-client-key 和kubelet的--client-ca-file為一組選項，用于對kubelet進行認證(kubelet 組件在工作時，采用主動的查詢機制，即定期請求 apiserver 獲取自己所應當處理的任務)
RequestHeader client CA 證書
主要涉及3個選項--requestheader-client-ca-file、--proxy-client-cert-file、--proxy-client-key-file。代理(如aggregator)使用--proxy-client-cert-file、--proxy-client-key-file來請求API Server，API Server使用--requestheader-client-ca-file指定的證書來認證代理的證書。這三個選項都設置在API server的flag中，即aggregator一方面作為API server認證來自client的證書，一方面作為client，使用自身的代理證書向API server請求認證。
當kubernetes對應的客戶端證書中的usernames和group與自己需求不符合時(無法認證或權限不足等)，可以使用認證代理(代理使用另一套證書請求API server)
可以看到serving證書是通過TLS來進行認證，client證書通過用戶名(Common Name)和組(Organization)進行認證；RequestHeader client證書認證方式與client證書認證方式類似
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證書的驗證：
顯示插件API server支持的證書：openssl s_client -connect <service-cluster-ip>:443更多
驗證證書是否由CA簽署：openssl verify -CAfile?ca.crt???the-certificate.crt
更多參見Certificate Issues
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四 TLS?bootstrapping?簡化kubelet證書制作
Kubernetes1.4版本引入了一組簽署證書用的API。這組API的引入，使我們可以不用提前準備kubelet用到的證書。
官網地址：https://kubernetes.io/docs/tasks/tls/certificate-rotation/
每個kubelet用到的證書都是獨一無二的，因為它要綁定各自的IP地址，于是需要給每個kubelet單獨制作證書，如果業務量很大的情況下，node節點會很多，這樣一來kubelet的數量也隨之增加，而且還會經常變動（增減Node）kubelet的證書制作就成為一件很麻煩的事情。使用TLS bootstrapping就可以省事兒很多。
工作原理：Kubelet第一次啟動的時候，先用同一個bootstrap token作為憑證。這個token已經被提前設置為隸屬于用戶組system：bootstrappers，并且這個用戶組的權限也被限定為只能用來申請證書。 用這個bootstrap token通過認證后，kubelet申請到屬于自己的兩套證書（kubelet server、kube-apiserver client for kubelet），申請成功后，再用屬于自己的證書做認證，從而擁有了kubelet應有的權限。這樣一來，就去掉了手動為每個kubelet準備證書的過程，并且kubelet的證書還可以自動輪替更新
參考文檔：
Kubernetes TLS bootstrapping 那點事
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五 證書制作步驟
1? 創建CA證書
創建證書配置文件 mkdir ca; cd ca;
vim ca-config.json
{"signing": {"default": {"expiry": "87600h"},"profiles": {"etcd": {"expiry": "87600h","usages": ["signing","key encipherment","server auth","client auth"]},"kubernetes": {"expiry": "87600h","usages": ["signing","key encipherment","server auth","client auth"]}}} }字段說明：
ca-config.json：可以定義多個 profiles，分別指定不同的過期時間、使用場景等參數；后續在簽名證書時使用某個 profile；
signing：表示該證書可以簽名其他證書；生成的ca.pem證書中 CA=TRUE；
server auth：表示client可以用該 CA 對server提供的證書進行驗證；
client auth：表示server可以用該CA對client提供的證書進行驗證；
expiry：過期時間
創建CA證書簽名請求文件
vim ca-csr.json
{"CN": "kubernetes","key": {"algo": "rsa","size": 2048},"names": [{"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing","O": "k8s","OU": "System"}],"ca": {"expiry": "87600h"} }?
字段說明：
“CN”：Common Name，kube-apiserver 從證書中提取作為請求的用戶名 (User Name)；瀏覽器使用該字段驗證網站是否合法；
“O”：Organization，kube-apiserver 從證書中提取該字段作為請求用戶所屬的組 (Group)
生成CA證書和私鑰
cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
ls -al | grep ca
-rw-r--r-- 1 root root 487 Jun 26 11:20 ca-config.json -rw-r--r-- 1 root root 1001 Jun 26 11:20 ca.csr -rw-r--r-- 1 root root 264 Jun 26 11:20 ca-csr.json -rw------- 1 root root 1675 Jun 26 11:20 ca-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1359 Jun 26 11:20 ca.pem其中ca-key.pem是ca的私鑰，ca.csr是一個簽署請求，ca.pem是CA證書，是后面kubernetes組件會用到的RootCA。
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2 創建K8S證書
在創建這個證書之前，先規劃一下架構
k8s-master1? 10.211.55.11
etcd01? ? ? ? ? 10.211.55.11
2.1. 創建kubernetes證書
創建kubernetes證書簽名請求文件? mkdir kubernetes; cd kubernetes;
vim kubernetes-csr.json
{"CN": "kubernetes","hosts": ["127.0.0.1","10.254.0.1""10.211.55.11","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"}] }字段說明：
如果 hosts 字段不為空則需要指定授權使用該證書的 IP 或域名列表。
由于該證書后續被 kubernetes master 集群使用，將master節點的IP都填上（如有多個），同時還有service網絡的首IP。(一般是 kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 網段的第一個IP，如 10.254.0.1)
生成kubernetes證書和私鑰
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes
ls |grep kubernetes
kubernetes.csr kubernetes-csr.json kubernetes-key.pem kubernetes.pem2.2 創建kube-controller-manager證書
創建 kube-controller-manager 證書簽名請求文件??
vim kube-controller-manager-csr.json
{"CN": "system:kube-controller-manager","key": {"algo": "rsa","size": 2048},"hosts": ["127.0.0.1","10.211.55.11"],"names": [{"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing","O": "system:kube-controller-manager","OU": "system"}] }說明：
hosts 列表包含所有 kube-controller-manager 節點 IP；
CN 為 system:kube-controller-manager、O 為 system:kube-controller-manager，kubernetes 內置的 ClusterRoleBindings system:kube-controller-manager 賦予 kube-controller-manager 工作所需的權限
生成kube-controoller-manager證書和私鑰
cfssl gencert -ca=../ca/ca.pem -ca-key=../ca/ca-key.pem -config=../ca/ca-config.json -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager?
ls |grep kube-controller-manager?
kube-controller-manager.csr kube-controller-manager-csr.json kube-controller-manager-key.pem kube-controller-manager.pem2.3 創建kube-scheduler證書?
?創建 kube-scheduler 證書簽名請求文件
vim kube-scheduler-csr.json?
{"CN": "system:kube-scheduler","hosts": ["127.0.0.1","10.211.55.11"],"key": {"algo": "rsa","size": 2048},"names": [{"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing","O": "system:kube-scheduler","OU": "System"}] }?
說明：
hosts 列表包含所有 kube-scheduler 節點 IP；
CN 為 system:kube-scheduler、O 為 system:kube-scheduler，kubernetes 內置的 ClusterRoleBindings system:kube-scheduler 將賦予 kube-scheduler 工作所需的權限。
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經過上述操作，我們會用到如下文件
cfssl gencert -ca=../ca/ca.pem -ca-key=../ca/ca-key.pem -config=../ca/ca-config.json -profile=kubernetes kube-scheduler-csr.json| cfssljson -bare kube-scheduler
ls | grep kube-scheduler
kube-scheduler.csr kube-scheduler-csr.json kube-scheduler-key.pem kube-scheduler.pem3 創建ADMIN證書
創建admin證書簽名請求文件? mkdir admin ; cd admin
?vim admin-csr.json
{"CN": "admin","hosts": [],"key": {"algo": "rsa","size": 2048},"names": [{"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing","O": "system:masters","OU": "System"}] }?
說明：
后續 kube-apiserver 使用 RBAC 對客戶端(如 kubelet、kube-proxy、Pod)請求進行授權；
kube-apiserver 預定義了一些 RBAC 使用的 RoleBindings，如 cluster-admin 將 Group system:masters 與 Role cluster-admin 綁定，該 Role 授予了調用kube-apiserver 的所有 API的權限；
O指定該證書的 Group 為 system:masters，kubelet 使用該證書訪問 kube-apiserver 時 ，由于證書被 CA 簽名，所以認證通過，同時由于證書用戶組為經過預授權的 system:masters，所以被授予訪問所有 API 的權限；
注：這個admin 證書，是將來生成管理員用的kube config 配置文件用的，現在我們一般建議使用RBAC 來對kubernetes 進行角色權限控制， kubernetes 將證書中的CN 字段 作為User， O 字段作為 Group
相關權限認證可以參考下面文章
https://mp.weixin.qq.com/s/XIkQdh5gnr-KJhuFHboNag
生成admin證書和私鑰
cfssl gencert -ca=../ca/ca.pem -ca-key=../ca/ca-key.pem -config=../ca/ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin
ls | grep admin
admin.csr admin-csr.json admin-key.pem admin.pem4 創建ETCD證書
創建etcd證書簽名請求文件?
vim etcd-csr.json
{"CN": "etcd","hosts": ["127.0.0.1","10.211.55.11"],"key": {"algo": "rsa","size": 2048},"names": [{"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing" }] }字段說明：
如果 hosts 字段不為空則需要指定授權使用該證書的 IP 或域名列表。該證書后續被 etcd 集群使用
生成kubernetes證書和私鑰
cfssl gencert -ca=../ca/ca.pem -ca-key=../ca/ca-key.pem -config=../ca/ca-config.json -profile=etcd etcd-csr.json | cfssljson -bare etcd
ls |grep etcd
etcd.csr etcd-csr.json etcd-key.pem etcd.pem?
6 查看證書信息：?
cfssl-certinfo -cert kubernetes.pem
在搭建k8s集群的時候，將這些文件分發到至此集群中其他節點機器中即可。至此，TLS證書創建完畢
admin: total 24 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 24 12:44 . drwxr-xr-x 6 root root 4096 Sep 24 12:44 .. -rw-r--r-- 1 root root 1009 Sep 24 12:15 admin.csr -rw-r--r-- 1 root root 229 Sep 24 12:14 admin-csr.json -rw------- 1 root root 1679 Sep 24 12:15 admin-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1399 Sep 24 12:15 admin.pemca: total 28 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 24 12:01 . drwxr-xr-x 6 root root 4096 Sep 24 12:44 .. -rw-r--r-- 1 root root 487 Sep 24 12:01 ca-config.json -rw-r--r-- 1 root root 1001 Sep 24 12:01 ca.csr -rw-r--r-- 1 root root 309 Sep 24 11:58 ca-csr.json -rw------- 1 root root 1679 Sep 24 12:01 ca-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1359 Sep 24 12:01 ca.pemetcd: total 24 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 24 12:24 . drwxr-xr-x 6 root root 4096 Sep 24 12:44 .. -rw-r--r-- 1 root root 1005 Sep 24 12:24 etcd.csr -rw-r--r-- 1 root root 272 Sep 24 12:23 etcd-csr.json -rw------- 1 root root 1675 Sep 24 12:24 etcd-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1375 Sep 24 12:24 etcd.pemkubernetes: total 56 drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep 24 12:44 . drwxr-xr-x 6 root root 4096 Sep 24 12:44 .. -rw-r--r-- 1 root root 1119 Sep 24 12:11 kube-controller-manager.csr -rw-r--r-- 1 root root 350 Sep 24 12:11 kube-controller-manager-csr.json -rw------- 1 root root 1675 Sep 24 12:11 kube-controller-manager-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1493 Sep 24 12:11 kube-controller-manager.pem -rw-r--r-- 1 root root 1245 Sep 24 12:02 kubernetes.csr -rw-r--r-- 1 root root 512 Sep 24 12:02 kubernetes-csr.json -rw------- 1 root root 1679 Sep 24 12:02 kubernetes-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1610 Sep 24 12:02 kubernetes.pem -rw-r--r-- 1 root root 1094 Sep 24 12:13 kube-scheduler.csr -rw-r--r-- 1 root root 331 Sep 24 12:12 kube-scheduler-csr.json -rw------- 1 root root 1675 Sep 24 12:13 kube-scheduler-key.pem -rw-r--r-- 1 root root 1468 Sep 24 12:13 kube-scheduler.pem參考
Kubernetes 的證書認證
k8s學習筆記-證書詳解
總結
以上是生活随笔為你收集整理的[kubernetes] 证书详细总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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