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K8S集群tls證書管理

cde docke ann systemd ssl tca 搭建過程 client 端口

在前文介紹的k8s master高可用實踐方案中,需要對kube-apiserver的證書進行更新,加入VIP和從節點的IP,然後重新下發證書。回顧K8S集群整個搭建過程中,最容易讓人懵圈的也就是配置證書環節,因此本文對K8S集群所用到的證書進行梳理一下。

一、根證書

ca.pem 根證書公鑰文件
ca-key.pem 根證書私鑰文件
ca.csr 證書簽名請求,用於交叉簽名或重新簽名
ca-config.json 使用cfssl工具生成其他類型證書需要引用的配置文件
ca.pem用於簽發後續其他的證書文件,因此ca.pem文件需要分發到集群中的每臺服務器上去。

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# echo ‘{"CN":"CA","key":{"algo":"rsa","size":2048}}‘ | cfssl gencert -initca - | cfssljson -bare ca -
# echo ‘{"signing":{"default":{"expiry":"43800h","usages":["signing","key encipherment","server auth","client auth"]}}}‘ > ca-config.json

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二、flannel證書

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# cfssl gencert -ca=/etc/ssl/etcd/ca.pem   -ca-key=/etc/ssl/etcd/ca-key.pem   -config=/etc/ssl/etcd/ca-config.json   -profile=kubernetes flanneld-csr.json | cfssljson -bare flanneld

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這裏生成證書需要flanneld-csr.json文件

# cat flanneld-csr.json 
{
  "CN": "flanneld",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "FuZhou",
      "L": "FuZhou",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}

flannel啟動文件配置

# cat /usr/lib/systemd/system/flanneld.service 
[Unit]
Description=Flanneld overlay address etcd agent
After=network.target
After=network-online.target
Wants=network-online.target
After=etcd.service
Before=docker.service

[Service]
Type=notify
ExecStart=/usr/local/bin/flanneld   -etcd-cafile=/etc/ssl/etcd/ca.pem   -etcd-certfile=/etc/ssl/flanneld/flanneld.pem   -etcd-keyfile=/etc/ssl/flanneld/flanneld-key.pem   -etcd-endpoints=https://192.168.115.5,https://192.168.115.6:2379,https://192.168.115.7:2379   -etcd-prefix=/kubernetes/network
ExecStartPost=/usr/local/bin/mk-docker-opts.sh -k DOCKER_NETWORK_OPTIONS -d /run/flannel/docker
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target
RequiredBy=docker.service

三、etcd證書

1、服務端證書

server.pem etcd服務端證書公鑰文件
server-key.pem etcd服務端證書私鑰文件
server.csr 證書簽名請求

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# export ADDRESS=192.168.115.5,192.168.115.6,192.168.115.7,vm1,vm2,vm3
# export NAME=server
# echo ‘{"CN":"‘$NAME‘","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}‘ |  cfssl gencert -config=ca-config.json -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -hostname="$ADDRESS" - | cfssljson -bare $NAME

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server.pem、server-key.pem文件用來etcd集群間通信加解密,因此所有的etcd服務器都需要有這兩個文件

# tail -15 /usr/lib/systemd/system/etcd.service   
--initial-cluster-token=etcd-cluster-token --initial-cluster-state=new --cert-file=/etc/ssl/etcd/server.pem --key-file=/etc/ssl/etcd/server-key.pem --peer-cert-file=/etc/ssl/etcd/server.pem --peer-key-file=/etc/ssl/etcd/server-key.pem --trusted-ca-file=/etc/ssl/etcd/ca.pem --peer-trusted-ca-file=/etc/ssl/etcd/ca.pem --peer-client-cert-auth=true --client-cert-auth=true"
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65536

[Install]
WantedBy=multi-user.target

2、客戶端證書

client.pem etcd客戶端證書公鑰文件
client-key.pem etcd客戶端證書私鑰文件
client.csr 證書簽名請求

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# export ADDRESS=
# export NAME=client
# echo ‘{"CN":"‘$NAME‘","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}‘ |  cfssl gencert -config=ca-config.json -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -hostname="$ADDRESS" - | cfssljson -bare $NAME

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client.pem、client-key.pem文件給etcdctl客戶端用來和etcd服務器進行通信,可根據實際需要進行配置。

# export ETCDCTL_API=3
# etcdctl --write-out=table  --cert=/etc/ssl/etcd/client.pem --key=/etc/ssl/etcd/client-key.pem --cacert=/etc/ssl/etcd/ca.pem --endpoints=https://192.168.115.5:2379,https://192.168.115.6:2379,https://192.168.115.7:2379 member list

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四、Master節點證書

Kube-apiserver證書
Kubernetes.pem kube-apiserver證書公鑰文件
Kubernetes-key.pem kube-apiserver證書私鑰文件
kuberentes.csr kube-apiserver證書簽名請求

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# cfssl gencert -ca=/etc/ssl/etcd/ca.pem   -ca-key=/etc/ssl/etcd/ca-key.pem   -config=/etc/ssl/etcd/ca-config.json   -profile=kubernetes k8s-csr.json | cfssljson -bare kubernetes

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這裏生成證書需要k8s-csr.json文件,其中定義了master節點的IP列表等信息

# cat k8s-csr.json 
{
  "CN": "kubernetes",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "192.168.115.4",
    "192.168.115.5",
    "192.168.115.6",
    "192.168.115.7",
    "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": "FuZhou",
      "L": "FuZhou",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}

五、Node節點證書

1、kube-proxy證書

Kube-proxy.pem kube-proxy證書公鑰文件
Kube-proxy-key.pem kube-proxy證書私鑰文件
Kube-proxy.csr kube-proxy證書簽名請求

證書生成命令,默認生成的證書有效期5年

# cfssl gencert -ca=/etc/ssl/etcd/ca.pem   -ca-key=/etc/ssl/etcd/ca-key.pem   -config=/etc/ssl/etcd/ca-config.json   -profile=kubernetes  kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

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這裏生成證書需要kube-proxy-csr.json文件

# cat kube-proxy-csr.json 
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "FuZhou",
      "L": "FuZhou",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}

2、Kubelet證書

Kubelet-client.crt: kubectl客戶端證書公鑰文件
Kubelet-client.key: kubectl客戶端私鑰文件
Kubelet.crt:kubelet服務端證書公鑰文件
Kubelet.key:kubelet服務端證書私鑰文件

> kubelet-client.crt 文件在 kubelet 完成 TLS bootstrapping 後生成,有效期為 1 年。此證書是由 controller manager 簽署的,此後 kubelet 將會加載該證書,用於與 apiserver 建立 TLS 通訊,同時使用該證書的 CN 字段作為用戶名,O 字段作為用戶組向 apiserver 發起其他請求。
kubelet.crt 文件在 kubelet 完成 TLS bootstrapping 後且沒有配置 --feature-gates=RotateKubeletServerCertificate=true 時才會生成;該文件為一個獨立於 apiserver CA 的自簽 CA 證書,有效期為 1 年;被用作 kubelet 10250 api 端口

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關於kubelet首次啟動 TLS bootstrapping的介紹(先有雞還是先有蛋問題的解決方案)可參考文檔,https://mritd.me/2018/01/07/kubernetes-tls-bootstrapping-note/

六、配置證書自動續期

默認簽署kubectl客戶端和kubelet服務端證書只有 1 年有效期,如果想要調整證書有效期可以通過設置 kube-controller-manager 的?--experimental-cluster-signing-duration?參數實現,該參數默認值為?8760h0m0s。下面我們來介紹一下如何實現證書到期的自動續簽。這個問題如果處理不當,證書過期之後會出現所有的node節點連接不上的情況。

1、kcm服務,這裏為了方便測試,過期時間修改為30分鐘

# egrep ‘feature|experimental‘ /usr/lib/systemd/system/kube-controller-manager.service 
  --feature-gates=RotateKubeletClientCertificate=true,RotateKubeletServerCertificate=true   --experimental-cluster-signing-duration=30m0s # systemctl  daemon-reload
# systemctl restart kube-controller-manager

2、kubelet服務
配置完成刪掉Kubelet-client.crt、Kubelet-client.key、Kubelet.crt、Kubelet.key四個文件後重啟kubelet服務。

# egrep ‘feature|rotate‘ /usr/lib/systemd/system/kubelet.service 
  --feature-gates=RotateKubeletClientCertificate=true,RotateKubeletServerCertificate=true   --rotate-certificates=true # systemctl  daemon-reload
# systemctl restart kubelet

3、手工簽發證書

# kubectl create clusterrolebinding kubelet-clinet --clusterrole=system:node  --user=system:anonymous

如果缺少對system:anonymous用戶的授權,kubelet啟動的時候會報錯如下:
error: failed to run Kubelet: cannot create certificate signing request: certificatesigningrequests.certificates.k8s.io is forbidden: User "system:anonymous" cannot create certificatesigningrequests.certificates.k8s.io at the cluster scope

# kubectl get csr
# kubectl certificate approve csr-fn946
# kubectl certificate approve csr-kwvg9 

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node節點將會重新生成kubectl客戶端和kubelet服務端證書
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4、配置自動簽發證書,在大規模集群下,這個配置是必須的

# cat rbac.yaml 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  annotations:
    rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: "true"
  labels:
    kubernetes.io/bootstrapping: rbac-defaults
  name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver
rules:
- apiGroups:
  - certificates.k8s.io
  resources:
  - certificatesigningrequests/selfnodeserver
  verbs:
  - create
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: kubeadm:node-autoapprove-certificate-server
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver
subjects:
- apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Group
  name: system:nodes

# kubectl create -f  rbac.yaml
# kubectl create clusterrolebinding node-client-auto-approve-csr  --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:nodeclient  --group=system:bootstrappers
# kubectl create clusterrolebinding node-client-auto-renew-crt --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeclient --group=system:nodes
# kubectl create clusterrolebinding node-server-auto-renew-crt  --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver  --group=system:nodes

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這裏需要註意的是刪除掉Kubelet-client.crt、Kubelet-client.key兩個文件之後,啟動kubelet服務,首先會生成一個Kubelet-client.key文件,我們需要對這個證書的crs請求進行approve,否則node節點無法正常啟動。
其次,如果kubelet.kubeconfig文件中配置的client-certificate、client-key目錄位置和kubelet的啟動參數--cert-dir不一致,則kubelet.kubeconfig文件中的配置文件會被自動更新。

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