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創建TLS證書和秘鑰

阿新 • • 發佈：2017-11-09
cfssl

創建TLS證書和秘鑰

前言

執行下列步驟前建議你先閱讀以下內容：

  • 管理集群中的TLS：教您如何創建TLS證書

  • kubelet的認證授權：向您描述如何通過認證授權來訪問 kubelet 的 HTTPS 端點。

  • TLS bootstrap：介紹如何為 kubelet 設置 TLS 客戶端證書引導（bootstrap）。

**註意：**這一步是在安裝配置kubernetes的所有步驟中最容易出錯也最難於排查問題的一步，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。

如果您足夠有信心在完全不了解自己在做什麽的情況下能夠成功地完成了這一步的配置，那麽您可以盡管跳過上面的幾篇文章直接進行下面的操作。

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；

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

註意：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，以後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。

安裝 CFSSL

方式一：直接使用二進制源碼包安裝

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-certinfoexport 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。

註意：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/sslcd /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 87600hcat > 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；後續在簽名證書時使用某個 profile；

  • signing：表示該證書可用於簽名其它證書；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"
    }
  ]
}

  • "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，由於該證書後續被 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。

  • hosts 中的內容可以為空，即使按照上面的配置，向集群中增加新節點後也不需要重新生成證書。

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"
    }
  ]
}

  • 後續 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；

  • OU 指定該證書的 Group 為 system:masters，kubelet 使用該證書訪問 kube-apiserver 時 ，由於證書被 CA 簽名，所以認證通過，同時由於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；

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（後綴名為.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

參考

  • Generate self-signed certificates

  • Setting up a Certificate Authority and Creating TLS Certificates

  • Client Certificates V/s Server Certificates

  • 數字證書及 CA 的掃盲介紹

  • TLS bootstrap 引導程序


本文出自 “依憶伊意壹懿” 博客，請務必保留此出處http://aftree.blog.51cto.com/12247763/1980366

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