創建TLS證書和秘鑰 · k8s

kubernetes 系統的各組件需要使用 TLS 證書對通信進行加密，本文檔使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 來生成 Certificate Authority (CA) 和其它證書；注意：這一步是在安裝配置kubernetes的所有步驟中最容易出錯也最難于排查問題的一步，而這卻剛好是第一步，萬事開頭難，不要因為這點困難就望而卻步。生成的 CA 證書和秘鑰文件如下： ca-key.pem ca.pem kubernetes-key.pem kubernetes.pem kube-proxy.pem kube-proxy-key.pem admin.pem admin-key.pem 使用證書的組件如下： 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-manager：使用 ca-key.pem、ca.pem; 注意：以下操作都在 master 節點即 172.20.0.113 這臺主機上執行，證書只需要創建一次即可，以后在向集群中添加新節點時只要將 /etc/kubernetes/ 目錄下的證書拷貝到新節點上即可。操作步驟： 1.安裝CFSSL yum install wget wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 chmod +x cfssl_linux-amd64 mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 chmod +x cfssljson_linux-amd64 mv cfssljson_linux-amd64 /usr/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 /usr/local/bin/cfssl-certinfo export PATH=/usr/local/bin:$PATH 方式二：使用go命令安裝我們的系統中安裝了Go1.7.5，使用以下命令安裝更快捷： $ go get -u github.com/cloudflare/cfssl/cmd/... $ echo $GOPATH /usr/local $ls /usr/local/bin/cfssl* cfssl cfssl-bundle cfssl-certinfo cfssljson cfssl-newkey cfssl-scan 在$GOPATH/bin目錄下得到以cfssl開頭的幾個命令。注意：以下文章中出現的cat的文件名如果不存在需要手工創建。創建 CA (Certificate Authority) 創建 CA 配置文件 mkdir /root/ssl cd /root/ssl cfssl print-defaults config > config.json cfssl print-defaults csr > csr.json # 根據config.json文件的格式創建如下的ca-config.json文件 # 過期時間設置成了 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：表示該證書可用于簽名其它證書；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；創建 CA 證書簽名請求創建 ca-csr.json 文件，內容如下： { "CN": "kubernetes", "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "BeiJing", "L": "BeiJing", "O": "k8s", "OU": "System" } ], "ca": { "expiry": "87600h" } } "CN"：Common Name，kube-apiserver 從證書中提取該字段作為請求的用戶名 (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 ca* ca-config.json ca.csr ca-csr.json ca-key.pem ca.pem 創建 kubernetes 證書創建 kubernetes 證書簽名請求文件 kubernetes-csr.json： { "CN": "kubernetes", "hosts": [ "127.0.0.1", "172.20.0.112", "172.20.0.113", "172.20.0.114", "172.20.0.115", "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" } ] } 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 etcd 集群和 kubernetes master 集群使用，所以上面分別指定了 etcd 集群、kubernetes master 集群的主機 IP 和 kubernetes 服務的服務 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）。這是最小化安裝的kubernetes集群，包括一個私有鏡像倉庫，三個節點的kubernetes集群，以上物理節點的IP也可以更換為主機名。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 kubernetes* kubernetes.csr kubernetes-csr.json kubernetes-key.pem kubernetes.pem 或者直接在命令行上指定相關參數： echo '{"CN":"kubernetes","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}' | cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes -hostname="127.0.0.1,172.20.0.112,172.20.0.113,172.20.0.114,172.20.0.115,kubernetes,kubernetes.default" - | cfssljson -bare kubernetes 創建 admin 證書創建 admin 證書簽名請求文件 admin-csr.json： { "CN": "admin", "hosts": [], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "BeiJing", "L": "BeiJing", "O": "system:masters", "OU": "System" } ] } 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；注意：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（具體參考 Kubernetes中的用戶與身份認證授權中 X509 Client Certs 一段）。在搭建完 kubernetes 集群后，我們可以通過命令: kubectl get clusterrolebinding cluster-admin -o yaml ,查看到 clusterrolebinding cluster-admin 的 subjects 的 kind 是 Group，name 是 system:masters。 roleRef 對象是 ClusterRole cluster-admin。意思是凡是 system:masters Group 的 user 或者 serviceAccount 都擁有 cluster-admin 的角色。因此我們在使用 kubectl 命令時候，才擁有整個集群的管理權限。可以使用 kubectl get clusterrolebinding cluster-admin -o yaml 來查看。 $ kubectl get clusterrolebinding cluster-admin -o yaml apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1 kind: ClusterRoleBinding metadata: annotations: rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true" creationTimestamp: 2017-04-11T11:20:42Z labels: kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults name: cluster-admin resourceVersion: "52" selfLink: /apis/rbac.authorization.k8s.io/v1/clusterrolebindings/cluster-admin uid: e61b97b2-1ea8-11e7-8cd7-f4e9d49f8ed0 roleRef: apiGroup: rbac.authorization.k8s.io kind: ClusterRole name: cluster-admin subjects: - apiGroup: rbac.authorization.k8s.io kind: Group name: system:masters 生成 admin 證書和私鑰： $ 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 創建 kube-proxy 證書創建 kube-proxy 證書簽名請求文件 kube-proxy-csr.json： { "CN": "system:kube-proxy", "hosts": [], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "BeiJing", "L": "BeiJing", "O": "k8s", "OU": "System" } ] } CN 指定該證書的 User 為 system:kube-proxy； kube-apiserver 預定義的 RoleBinding cluster-admin 將User system:kube-proxy 與 Role system:node-proxier 綁定，該 Role 授予了調用 kube-apiserver Proxy 相關 API 的權限；生成 kube-proxy 客戶端證書和私鑰 $ 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 校驗證書以 kubernetes 證書為例使用 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 ... 確認 Issuer 字段的內容和 ca-csr.json 一致；確認 Subject 字段的內容和 kubernetes-csr.json 一致；確認 X509v3 Subject Alternative Name 字段的內容和 kubernetes-csr.json 一致；確認 X509v3 Key Usage、Extended Key Usage 字段的內容和 ca-config.json 中 kubernetes profile 一致；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", ... 分發證書將生成的證書和秘鑰文件（后綴名為.pem）拷貝到所有機器的 /etc/kubernetes/ssl 目錄下備用； mkdir -p /etc/kubernetes/ssl cp *.pem /etc/kubernetes/ssl