kubernetes 证书合集

kubernetes 证书合集

PKI 证书

Kubernetes需要PKI证书才能通过TLS进行身份验证。如果使用kubeadm安装Kubernetes，则会自动生成集群所需的证书。还可以生成自己的证书，例如，通过不将私钥存储在API服务器上来保持私钥更安全。当然，我们目前是在手动安装嘛。

一共有多少证书？

先从Etcd算起：

1、Etcd对外提供服务，要有一套etcd server证书2、Etcd各节点之间进行通信，要有一套etcd peer证书3、Kube-APIserver访问Etcd，要有一套etcd client证书

再算kubernetes：

4、Kube-APIserver对外提供服务，要有一套kube-apiserver server证书5、kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-proxy、kubelet和其他可能用到的组件， 需要访问kube-APIserver，要有一套kube-APIserver client证书6、kube-controller-manager要生成服务的service account， 要有一对用来签署service account的证书(CA证书)7、kubelet对外提供服务，要有一套kubelet server证书8、kube-APIserver需要访问kubelet，要有一套kubelet client证书

加起来共8套。

同一个套内的证书必须是用同一个CA签署的，签署不同套里的证书的CA可以相同，也可以不同。例如，所有etcd server证书需要是同一个CA签署的，所有的etcd peer证书也需要是同一个CA签署的，而一个etcd server证书和一个etcd peer证书，完全可以是两个CA机构签署的，彼此没有任何关系。这算两套证书。

为什么同一个“套”内的证书必须是同一个CA签署的？

原因在验证这些证书的一端。因为在要验证这些证书的一端，通常只能指定一个Root CA。这样一来，被验证的证书自然都需要是被这同一个Root CA对应的私钥签署，不然不能通过认证。

其实实际上，使用一套证书（都使用一套CA来签署）一样可以搭建出K8S，一样可以上生产，但是理清这些证书的关系，在遇到因为证书错误，请求被拒绝的现象的时候，不至于无从下手，而且如果没有搞清证书之间的关系，在维护或者解决问题的时候，贸然更换了证书，弄不好会把整个系统搞瘫。

TLS bootstrapping

Kubernetes1.4版本引入了一组签署证书用的API。这组API的引入，使我们可以不用提前准备kubelet用到的证书。

每个kubelet用到的证书都是独一无二的，因为它要绑定各自的IP地址，于是需要给每个kubelet单独制作证书，如果业务量很大的情况下，node节点会很多，这样一来kubelet的数量也随之增加，而且还会经常变动（增减Node）kubelet的证书制作就成为一件很麻烦的事情。使用TLS bootstrapping就可以省事儿很多。

==工作原理==：Kubelet第一次启动的时候，先用同一个bootstrap token作为凭证。这个token已经被提前设置为隶属于用户组system：bootstrappers，并且这个用户组的权限也被限定为只能用来申请证书。用这个bootstrap token通过认证后，kubelet申请到属于自己的两套证书（kubelet server、kube-apiserver client for kubelet），申请成功后，再用属于自己的证书做认证，从而拥有了kubelet应有的权限。这样一来，就去掉了手动为每个kubelet准备证书的过程，并且kubelet的证书还可以自动轮替更新

官方文档参考：https://kubernetes.io/docs/tasks/tls/certificate-rotation/

kubelet证书为何不同

这样做是一个为了审计，另一个为了安全。每个kubelet既是服务端（kube-apiserver需要访问kubelet），也是客户端（kubelet需要访问kube-apiserver），所以要有服务端和客户端两组证书。

服务端证书需要与服务器地址绑定，每个kubelet的地址都不相同，即使绑定域名也是绑定不同的域名，故服务端地址不同

客户端证书也不应相同，每个kubelet的认证证书与所在机器的IP绑定后，可以防止一个kubelet的认证证书泄露以后，使从另外的机器上伪造的请求通过验证。

安全方面，如果每个node上保留了用于签署证书的bootstrap token，那么bootstrap token泄漏以后，是不是可以随意签署证书了？安全隐患非常大。所以，kubelet启动成功以后，本地的bootstrap token需要被删除。

正式制作证书

虽然可以用多套证书，但是维护多套CA实在过于繁杂，这里还是用一个CA签署所有证书。

需要准备的证书

admin-key.pemadmin.pemca-key.pemca.pemkube-proxy-key.pemkube-proxy.pemkubernetes-key.pemkubernetes.pem

使用证书的组件如下：

etcd：使用 ca.pem、kubernetes-key.pem、kubernetes.pemkube-apiserver：使用 ca.pem、kubernetes-key.pem、kubernetes.pemkubelet：使用 ca.pemkube-proxy：使用 ca.pem、kube-proxy-key.pem、kube-proxy.pemkubectl：使用 ca.pem、admin-key.pem、admin.pemkube-controller-manager：使用 ca-key.pem、ca.pem

有这一块儿，后面证书出问题的时候排查也好有个方向嘛。

CFSSL

我们使用CFSSL来制作证书，它是cloudflare开发的一个开源的PKI工具，是一个完备的CA服务系统，可以签署、撤销证书等，覆盖了一个证书的整个生命周期，后面只用到了它的命令行工具。

注：==一般情况下，K8S中证书只需要创建一次，以后在向集群中添加新节点时只要将/etc/kubernetes/ssl目录下的证书拷贝到新节点上即可==。

下载安装cfssl命令行工具

#以下操作只在master上进行#进入到下载目录cd opt/TLS/download#下载并解压cfsslwget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.6.1/cfssl_1.6.1_linux_amd64wget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.6.1/cfssljson_1.6.1_linux_amd64wget https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.6.1/cfssl-certinfo_1.6.1_linux_amd64chmod +x cfssl*[root@k8s-master download]# lltotal 40232-rwxr-xr-x 1 root root 16659824 Dec  7 15:36 cfssl_1.6.1_linux_amd64-rwxr-xr-x 1 root root 13502544 Dec  7 15:35 cfssl-certinfo_1.6.1_linux_amd64-rwxr-xr-x 1 root root 11029744 Dec  7 15:35 cfssljson_1.6.1_linux_amd64

#只在master上操作cd opt/TLS/downloadcp cfssl_1.6.1_linux_amd64 usr/local/bin/cfsslcp cfssljson_1.6.1_linux_amd64 usr/local/bin/cfssljsoncp cfssl-certinfo_1.6.1_linux_amd64 usr/local/bin/cfssl-certinfo[root@k8s-master download]# ll usr/local/bin/cfssl*-rwxr-xr-x 1 root root 16659824 Apr  4 08:46 usr/local/bin/cfssl-rwxr-xr-x 1 root root 13502544 Apr  4 08:46 usr/local/bin/cfssl-certinfo-rwxr-xr-x 1 root root 11029744 Apr  4 08:46 usr/local/bin/cfssljson

创建CA证书

创建存放证书目录

[root@k8s-master bin]# mkdir -p opt/kubernetes/ssl/[root@k8s-master bin]# cd opt/kubernetes/ssl/

创建证书配置文件

[root@k8s-master ssl]# vim ca-config.json{  "signing": {    "default": {      "expiry": "87600h"   },    "profiles": {      "kubernetes": {        "usages": [            "signing",            "key encipherment",            "server auth",            "client auth"       ],        "expiry": "87600h"     }   } }}

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：表示该证书可以签名其他证书；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；expiry：过期时间

创建CA证书签名请求文件

[root@k8s-master ssl]# 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" }}

字段说明：

“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

[root@k8s-master ssl]# cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca[root@k8s-master ssl]# ls | grep caca-config.jsonca.csrca-csr.jsonca-key.pemca.pem

其中ca-key.pem是ca的私钥，ca.csr是一个签署请求，ca.pem是CA证书，是后面kubernetes组件会用到的RootCA。

创建kubernetes证书

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

[root@k8s-master ssl]# vim kubernetes-csr.json{ "CN": "kubernetes", "hosts": [ "127.0.0.1", "192.168.214.88", "192.168.214.89", "192.168.214.90", "192.168.214.200", "192.168.214.201", "192.168.214.202", "10.254.0.1", "192.168.214.210", "192.168.214.1/24", "kubernetes", "kube-api.wangk8s-master.com", "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使用，将etcd、master节点的IP都填上，同时还有service网络的首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)

我这里的设置包括一个私有镜像仓库，三个etcd，三个master，以上物理节点的IP也可以更换为主机名。

生成kubernetes证书和私钥

[root@k8s-master ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes[root@k8s-master ssl]# ls |grep kuberneteskubernetes.csrkubernetes-csr.jsonkubernetes-key.pemkubernetes.pem

创建admin证书签名请求文件admin-csr.json

[root@k8s-master ssl]# admin-csr.json{ "CN": "admin", "hosts": [], "key": { "algo": "rsa", "size": 2048 }, "names": [ { "C": "CN", "ST": "BeiJing", "L": "BeiJing", "O": "system:masters", "OU": "System" } ]}

说明：

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；

O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；

注：这个admin 证书，是将来生成管理员用的kube config 配置文件用的，现在我们一般建议使用RBAC 来对kubernetes 进行角色权限控制， kubernetes 将证书中的CN 字段 作为User， O 字段作为 Group

生成admin证书和私钥

[root@k8s-master ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin[root@k8s-master ssl]# ls | grep adminadmin.csradmin-csr.jsonadmin-key.pemadmin.pem

创建kube-proxy证书

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

[root@k8s-master ssl]# vim 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 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy；

kube-apiserver 预定义的 RoleBinding system:node-proxier 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证书和私钥

[root@k8s-master ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy[root@k8s-master ssl]# ls |grep kube-proxykube-proxy.csrkube-proxy-csr.jsonkube-proxy-key.pemkube-proxy.pem

经过上述操作，我们会用到如下文件：

[root@k8s-master ssl]# ls | grep pemadmin-key.pemadmin.pemca-key.pemca.pemkube-proxy-key.pemkube-proxy.pemkubernetes-key.pemkubernetes.pem

查看证书信息

[root@master1 ssl]# 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": "321233745860282370502438768971300435157761820875", "sans": [ "192.168.214.1/24", "kubernetes", "kube-api.wangk8s-master.com", "kubernetes.default", "kubernetes.default.svc", "kubernetes.default.svc.cluster", "kubernetes.default.svc.cluster.local", "127.0.0.1", "192.168.214.88", "192.168.214.89", "192.168.214.90", "192.168.214.200", "192.168.214.201", "192.168.214.202", "10.254.0.1", "192.168.214.210" ], "not_before": "2019-03-12T11:26:00Z", "not_after": "2029-03-09T11:26:00Z", "sigalg": "SHA256WithRSA", "authority_key_id": "CB:34:54:33:1F:F4:37:E:E5:94:B7:F5:8A:3D:F4:A4:43:43:E2:7F", "subject_key_id": "EC:31:D8:5F:4:E3:6F:C2:7F:DA:A8:F0:BD:A:B9:1F:56:7B:9A:DF", "pem": "-----BEGIN CERTIFICATE-----\nM（此处省略）=\n-----END CERTIFICATE-----\n"}

在搭建k8s集群的时候，将这些文件分发到至此集群中其他节点机器中即可。至此，TLS证书创建完毕。

k8s文档

PKI certificates and requirements