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管理集群中的 TLS 认证

Kubernetes提供一个 certificates.k8s.io API,可让您配置 由您控制的证书颁发机构(CA)签名的TLS证书。 您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 草稿

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,但是您永远不要依赖它。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

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 RootCAs 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。

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 https://pkg.cfssl.org/ 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",
    "172.168.0.24",
    "10.0.34.2"
  ],
  "CN": "my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
  "key": {
    "algo": "ecdsa",
    "size": 256
  }
}
EOF

其中 172.168.0.24 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 和 my-pod.my-namespace.pod.cluster.local 是 pod 的 DNS 名称。您能看到以下的输出:

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

该命令生成两个文件;它生成包含 PEM 编码 pkcs#10 认证请求的 server.csr,以及包含证书的 PEM 编码密钥的 server-key.pem 还有待生成。

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 server:

cat <<EOF | kubectl apply -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 字段中的,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>

获取批准的证书签名请求

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,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 --decode > server.crt

现在您可以将 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。

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-signing-cert-file--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。