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管理集群中的 TLS 认证

Kubernetes 提供 certificates.k8s.io API,可让你配置由你控制的证书颁发机构(CA) 签名的 TLS 证书。 你的工作负载可以使用这些 CA 和证书来建立信任。

certificates.k8s.io API使用的协议类似于 ACME 草案

说明:

使用 certificates.k8s.io API 创建的证书由指定 CA 颁发。将集群配置为使用集群根目录 CA 可以达到这个目的,但是你永远不要依赖这一假定。不要以为 这些证书将针对群根目录 CA 进行验证。

准备开始

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群,同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 如果你还没有集群,你可以通过 Minikube 构建一 个你自己的集群,或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建:

要获知版本信息,请输入 kubectl version.

集群中的 TLS 信任

信任 Pod 中运行的应用程序所提供的 CA 通常需要一些额外的应用程序配置。 你需要将 CA 证书包添加到 TLS 客户端或服务器信任的 CA 证书列表中。 例如,你可以使用 Golang TLS 配置通过解析证书链并将解析的证书添加到 tls.Config 结构中的 RootCAs 字段中。

你可以用你的应用能够访问到的 ConfigMap 的形式来发布 CA 证书。

请求证书

以下部分演示如何为通过 DNS 访问的 Kubernetes 服务创建 TLS 证书。

说明: 本教程使用 CFSSL:Cloudflare's PKI 和 TLS 工具包 点击此处了解更多信息。

下载并安装 CFSSL

本例中使用的 cfssl 工具可以在 github.com/cloudflare/cfssl/releases 下载。

创建证书签名请求

通过运行以下命令生成私钥和证书签名请求(或 CSR):

cat <<EOF | cfssl genkey - | cfssljson -bare server
{
  "hosts": [
    "my-svc.my-namespace.svc.cluster.local",
    "my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
    "192.0.2.24",
    "10.0.34.2"
  ],
  "CN": "system:node:my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
  "key": {
    "algo": "ecdsa",
    "size": 256
  },
  "names": [
    {
      "O": "system:nodes"
    }
  ]
}
EOF

其中 192.0.2.24 是服务的集群 IP,my-svc.my-namespace.svc.cluster.local 是服务的 DNS 名称,10.0.34.2 是 Pod 的 IP,而 my-pod.my-namespace.pod.cluster.local 是 Pod 的 DNS 名称。 你能看到以下的输出:

2017/03/21 06:48:17 [INFO] generate received request
2017/03/21 06:48:17 [INFO] received CSR
2017/03/21 06:48:17 [INFO] generating key: ecdsa-256
2017/03/21 06:48:17 [INFO] encoded CSR

此命令生成两个文件;它生成包含 PEM 编码 pkcs#10 证书请求的 server.csr, 以及 PEM 编码密钥的 server-key.pem,用于待生成的证书。

创建证书签名请求对象发送到 Kubernetes API

使用以下命令创建 CSR YAML 文件,并发送到 API 服务器:

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: certificates.k8s.io/v1
kind: CertificateSigningRequest
metadata:
  name: my-svc.my-namespace
spec:
  request: $(cat server.csr | base64 | tr -d '\n')
  signerName: kubernetes.io/kubelet-serving
  usages:
  - digital signature
  - key encipherment
  - server auth
EOF

请注意,在步骤 1 中创建的 server.csr 文件是 base64 编码并存储在 .spec.request 字段中的。我们还要求提供 “digital signature(数字签名)”, “密钥加密(key encipherment)” 和 “服务器身份验证(server auth)” 密钥用途, 由 kubernetes.io/kubelet-serving 签名程序签名的证书。 你也可以要求使用特定的 signerName。更多信息可参阅 支持的签署者名称

在 API server 中可以看到这些 CSR 处于 Pending 状态。执行下面的命令你将可以看到:

kubectl describe csr my-svc.my-namespace
Name:                   my-svc.my-namespace
Labels:                 <none>
Annotations:            <none>
CreationTimestamp:      Tue, 21 Mar 2017 07:03:51 -0700
Requesting User:        yourname@example.com
Status:                 Pending
Subject:
        Common Name:    my-svc.my-namespace.svc.cluster.local
        Serial Number:
Subject Alternative Names:
        DNS Names:      my-svc.my-namespace.svc.cluster.local
        IP Addresses:   192.0.2.24
                        10.0.34.2
Events: <none>

批准证书签名请求

批准证书签名请求是通过自动批准过程完成的,或由集群管理员一次性完成。 有关这方面涉及的更多信息,请参见下文。

下载证书并使用它

CSR 被签署并获得批准后,你应该看到以下内容:

kubectl get csr
NAME                  AGE       REQUESTOR               CONDITION
my-svc.my-namespace   10m       yourname@example.com    Approved,Issued

你可以通过运行以下命令下载颁发的证书并将其保存到 server.crt 文件中:

kubectl get csr my-svc.my-namespace -o jsonpath='{.status.certificate}' \
    | base64 --decode > server.crt

现在你可以将 server.crtserver-key.pem 作为键值对来启动 HTTPS 服务器。

批准证书签名请求

Kubernetes 管理员(具有适当权限)可以使用 kubectl certificate approvekubectl certificate deny 命令手动批准(或拒绝)证书签名请求。 但是,如果你打算大量使用此 API,则可以考虑编写自动化的证书控制器。

无论上述机器或人使用 kubectl,批准者的作用是验证 CSR 满足如下两个要求:

  1. CSR 的 subject 控制用于签署 CSR 的私钥。这解决了伪装成授权主体的第三方的威胁。 在上述示例中,此步骤将验证该 Pod 控制了用于生成 CSR 的私钥。
  2. CSR 的 subject 被授权在请求的上下文中执行。 这点用于处理不期望的主体被加入集群的威胁。 在上述示例中,此步骤将是验证该 Pod 是否被允许加入到所请求的服务中。

当且仅当满足这两个要求时,审批者应该批准 CSR,否则拒绝 CSR。

关于批准权限的警告

批准 CSR 的能力决定了群集中的信任关系。这也包括 Kubernetes API 所信任的人。 批准 CSR 的能力不能过于广泛和轻率。 在给予本许可之前,应充分了解上一节中提到的挑战和发布特定证书的后果。

给集群管理员的一个建议

本教程假设已经为 certificates API 配置了签名者。Kubernetes 控制器管理器 提供了一个签名者的默认实现。要启用它,请为控制器管理器设置 --cluster-signing-cert-file--cluster-signing-key-file 参数, 使之取值为你的证书机构的密钥对的路径。

最后修改 January 19, 2021 at 1:18 AM PST: [zh] upgrade cfssl installations (009fd0f66)