Kubernetes 管理集群中的TLS认证

概览

每个 Kubernetes 集群都有一个集群根证书颁发机构（CA）。 集群中的组件通常使用 CA 来验证 API server 的证书，由API服务器验证 kubelet 客户端证书等。为了支持这一点，CA 证书包被分发到集群中的每个节点，并作为一个 sercret 附加分发到默认 service account 上。 或者，您的工作负载可以使用此 CA 建立信任。 您的应用程序可以使用类似于 ACME草案 的协议，使用 certificates.k8s.io API 请求证书签名。

集群中的 TLS 信任

让 Pod 中运行的应用程序信任集群根 CA 通常需要一些额外的应用程序配置。您将需要将 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，您可以使用 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 Certificates字段中，CA 证书捆绑包将使用默认服务账户自动加载到 pod 中，路径为 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt。 如果您没有使用默认服务账户，请请求集群管理员构建包含您有权访问使用的证书包的 configmap。

请求认证

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

步骤0. 下载安装SSL

下载 cfssl 工具：https://pkg.cfssl.org/

步骤1. 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",
    "172.168.0.24",
    "10.0.34.2"
  ],
  "CN": "my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
  "key": {
    "algo": "ecdsa",
    "size": 256
  }
}
EOF

172.168.0.24 是 service 的 cluster IP，my-svc.my-namespace.svc.cluster.local 是 service 的 DNS 名称， 10.0.34.2 是 Pod 的 IP， my-pod.my-namespace.pod.cluster.local 是 pod 的 DNS 名称，您可以看到以下输出：

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 编码的 pkcs #10 认证请求的 server.csr，以及包含仍然要创建的证书的 PEM 编码密钥的 server-key.pem。

步骤2. 创建证书签名请求对象以发送到 Kubernetes API

使用以下命令创建 CSR yaml 文件，并发送到 API server：

$ cat <<EOF | kubectl create -f -
apiVersion: certificates.k8s.io/v1beta1
kind: CertificateSigningRequest
metadata:
  name: my-svc.my-namespace
spec:
  groups:
  - system:authenticated
  request: $(cat server.csr | base64 | tr -d '\n')
  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。 我们还要求提供 “数字签名”，“密钥加密” 和 “服务器身份验证” 密钥用途的证书。 我们 这里 支持列出的所有关键用途和扩展的关键用途，以便您可以使用相同的 API 请求客户端证书和其他证书。

在 API server 中可以看到这些 CSR 处于 pending 状态。执行下面的命令您将可以看到：

$ 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:   172.168.0.24
                        10.0.34.2
Events: <none>

步骤3. 获取证书签名请求

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。

步骤4. 下载签名并使用

CSR 被签署并获得批准后，您应该看到以下内容：

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

您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 -d > server.crt

现在您可以将 server.crt 和server-key.pem 作为键对来启动 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 approve 和kubectl certificate deny 命令手动批准（或拒绝）证书签名请求。但是，如果您打算大量使用此 API，则可以考虑编写自动化的证书控制器。

如果上述机器或人类使用 kubectl，批准者的作用是验证 CSR 满足如下两个要求：

1. CSR 的主体控制用于签署 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 的主体被授权在请求的上下文中执行。这解决了我们加入群集的我们不期望的主体的威胁。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。

##关于批准许可的警告

批准 CSR 的能力决定谁信任群集中的谁。这包括 Kubernetes API 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。有关证书与认证交互的信息，请参阅 此处。

给集群管理员的一个建议

本教程假设将签名者设置为服务证书 API。Kubernetes controller manager 提供了一个签名者的默认实现。 要启用它，请将 --cluster-signature-cert-file 和 --cluster-signing-key-file 参数传递给 controller manager，并配置具有证书颁发机构的密钥对的路径。

来源：https://k8smeetup.github.io/docs/tasks/tls/managing-tls-in-a-cluster/

译者：jimmysong