第三章 创建TLS证书和秘钥
最后更新于：2022-04-02 05:06:44
# 创建TLS证书和秘钥
## 前言
### 执行下列步骤前建议你先阅读以下内容：
- [管理集群中的TLS](https://rootsongjc.gitbooks.io/kubernetes-handbook/content/guide/managing-tls-in-a-cluster.html)：教您如何创建TLS证书
- [kubelet的认证授权](https://rootsongjc.gitbooks.io/kubernetes-handbook/content/guide/kubelet-authentication-authorization.html)：向您描述如何通过认证授权来访问 kubelet 的 HTTPS 端点
- TLS [bootstrap](https://rootsongjc.gitbooks.io/kubernetes-handbook/content/guide/tls-bootstrapping.html)：介绍如何为 kubelet 设置 TLS 客户端证书引导（bootstrap）。
> 注意：这一步是在安装配置kubernetes的所有步骤中最容易出错也最难于排查问题的一步，而这却刚好是第一步，万事开头难，不要因为这点困难就望而却步。
### kubernetes 系统的各组件需要使用 TLS 证书对通信进行加密，本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 来生成 Certificate Authority (CA) 和其它证书；
### 生成的 CA 证书和秘钥文件如下：
- ca-key.pem
- ca.pem
- kubernetes-key.pem
- kubernetes.pem
- kube-proxy.pem
- kube-proxy-key.pem
- admin.pem
- admin-key.pem
### 使用证书的组件如下：
- 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、kube-scheduler 当前需要和 kube-apiserver 部署在同一台机器上且使用非安全端口通信，故不需要证书。
#### 注意：以下操作都在 master 节点即 172.20.200.100 这台主机上执行，证书只需要创建一次即可，以后在向集群中添加新节点时只要将 /etc/kubernetes/ 目录下的证书拷贝到新节点上即可。
# 安装 CFSSL
### 直接使用二进制源码包安装
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
chmod +x cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /root/local/bin/cfssl
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
chmod +x cfssljson_linux-amd64
mv cfssljson_linux-amd64 /root/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 /root/local/bin/cfssl-certinfo
export PATH=/root/local/bin:$PATH
在$GOPATH/bin目录下得到以cfssl开头的几个命令。
> 注意：以下文章中出现的cat的文件名如果不存在需要手工创建。
### 创建 CA (Certificate Authority)
#### 创建 CA 配置文件
mkdir /root/ssl
cd /root/ssl
cfssl print-defaults config > config.json
cfssl print-defaults csr > csr.json
# 根据config.json文件的格式创建如下的ca-config.json文件
# 过期时间设置成了 87600h
cat > ca-config.json < ca-csr.json < kubernetes-csr.json << EOF
{
"CN": "kubernetes",
"hosts": [
"127.0.0.1",
"172.16.200.100",
"172.16.200.101",
"172.16.200.102",
"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"
}
]
}
EOF
- 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 集群使用，所以上面分别指定了 etcd 集群、kubernetes master 集群的主机 IP 和 kubernetes 服务的服务 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。
#### 生成 kubernetes 证书和私钥
$ 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
### 创建 admin 证书
创建 admin 证书签名请求文件 admin-csr.json：
cat > admin-csr.json << EOF
{
"CN": "admin",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "system:masters",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
- 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；
- OU 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
### 生成 admin 证书和私钥
$ 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
### 创建 kube-proxy 证书
创建 kube-proxy 证书签名请求文件 kube-proxy-csr.json
cat > kube-proxy-csr.json << EOF
{
"CN": "system:kube-proxy",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
- CN 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy；
- kube-apiserver 预定义的 RoleBinding cluster-admin 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 客户端证书和私钥
$ 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
### 校验证书
以 kubernetes 证书为例
- 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
...
- 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",
~~~
### 分发证书
将生成的证书和秘钥文件（后缀名为.pem）拷贝到所有机器的 /etc/kubernetes/ssl 目录下备用；
mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
cp *.pem /etc/kubernetes/ssl
';