02-建立 TLS CA證書及密鑰

時間  2019-11-09
標籤 建立 tls 證書 密鑰 简体版
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建立 TLS CA證書及密鑰

kubernetes 系統的各組件須要使用 TLS 證書對通訊進行加密，本文檔使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 來生成 Certificate Authority (CA) 和其它證書；html

生成的 CA 證書和祕鑰文件以下：node

  • ca-key.pem
  • ca.pem
  • kubernetes-key.pem
  • kubernetes.pem
  • kube-proxy.pem
  • kube-proxy-key.pem
  • admin.pem
  • admin-key.pem

使用證書的組件以下：linux

  • 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 當前須要和 kube-apiserver 部署在同一臺機器上且使用非安全端口通訊，能夠不使用證書。git

安裝 CFSSL

使用二進制源碼包安裝github

# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
# chmod +x cfssl_linux-amd64
# mv cfssl_linux-amd64 /usr/bin/cfssl

# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
# chmod +x cfssljson_linux-amd64
# mv cfssljson_linux-amd64 /usr/bin/cfssljson

# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
# chmod +x cfssl-certinfo_linux-amd64
# mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo

在/usr/bin目錄下獲得以cfssl開頭的幾個命令json

建立 CA (Certificate Authority)

建立 CA 配置文件api

# mkdir /root/ssl
# cd /root/ssl
# cfssl print-defaults config > config.json
# cfssl print-defaults csr > csr.json
# cat ca-config.json
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "8760h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "8760h"
      }
    }
  }
}

字段說明瀏覽器

  • ca-config.json：能夠定義多個 profiles，分別指定不一樣的過時時間、使用場景等參數；後續在簽名證書時使用某個 profile；
  • signing：表示該證書可用於簽名其它證書；生成的 ca.pem 證書中 CA=TRUE；
  • server auth：表示client能夠用該 CA 對server提供的證書進行驗證；
  • client auth：表示server能夠用該CA對client提供的證書進行驗證；

建立 CA 證書籤名請求安全

# cat ca-csr.json
{
  "CN": "kubernetes",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
  • "CN"：Common Name，kube-apiserver 從證書中提取該字段做爲請求的用戶名 (User Name)；瀏覽器使用該字段驗證網站是否合法；
  • "O"：Organization，kube-apiserver 從證書中提取該字段做爲請求用戶所屬的組 (Group)；

生成 CA 證書和私鑰bash

# cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca
# ls ca*
ca-config.json  ca.csr  ca-csr.json  ca-key.pem  ca.pem

建立 kubernetes 證書

建立 kubernetes 證書籤名請求

# cat kubernetes-csr.json
{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "192.168.1.121",
      "192.168.1.122",
      "192.168.1.123",
      "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"
        }
    ]
}
  • 若是 hosts 字段不爲空則須要指定受權使用該證書的 IP 或域名列表，因爲該證書後續被 etcd 集羣和 kubernetes master 集羣使用，因此上面分別指定了 etcd 集羣、kubernetes master 集羣的主機 IP 和 kubernetes 服務的服務 IP（通常是 kue-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 網段的第一個IP，如 10.254.0.1。

生成 kubernetes 證書和私鑰

# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes
# ls kuberntes*
kubernetes.csr  kubernetes-csr.json  kubernetes-key.pem  kubernetes.pem

或者直接在命令行上指定相關參數：

# echo '{"CN":"kubernetes","hosts":[""],"key":{"algo":"rsa","size":2048}}' | cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes -hostname="127.0.0.1,172.20.0.112,172.20.0.113,172.20.0.114,172.20.0.115,kubernetes,kubernetes.default" - | cfssljson -bare kubernetes

建立 admin 證書

建立 admin 證書籤名請求

# cat admin-csr.json
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
  • 後續 kube-apiserver 使用 RBAC 對客戶端(如 kubelet、kube-proxy、Pod)請求進行受權；
  • kube-apiserver 預約義了一些 RBAC 使用的 RoleBindings，如 cluster-admin 將 Group system:masters 與 Role cluster-admin 綁定，該 Role 授予了調用kube-apiserver 的全部 API的權限；
  • OU 指定該證書的 Group 爲 system:masters，kubelet 使用該證書訪問 kube-apiserver 時 ，因爲證書被 CA 簽名，因此認證經過，同時因爲證書用戶組爲通過預受權的 system:masters，因此被授予訪問全部 API 的權限；

生成 admin 證書和私鑰

# 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

建立 kube-proxy 證書

建立 kube-proxy 證書籤名請求

# cat 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 指定該證書的 User 爲 system:kube-proxy；
  • kube-apiserver 預約義的 RoleBinding cluster-admin 將User system:kube-proxy 與 Role system:node-proxier 綁定，該 Role 授予了調用 kube-apiserver Proxy 相關 API 的權限；

生成 kube-proxy 客戶端證書和私鑰

# 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

校驗證書

以 kubernetes 證書爲例

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:192.168.1.121, IP Address:192.168.1.122, IP Address:192.168.1.123, IP Address:10.254.0.1
...
  • 確認 Issuer 字段的內容和 ca-csr.json 一致；
  • 確認 Subject 字段的內容和 kubernetes-csr.json 一致；
  • 確認 X509v3 Subject Alternative Name 字段的內容和 kubernetes-csr.json 一致；
  • 確認 X509v3 Key Usage、Extended Key Usage 字段的內容和 ca-config.json 中 kubernetes profile 一致；

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",
...

分發證書

將生成的證書和祕鑰文件（後綴名爲.pem）拷貝到全部機器的 /etc/kubernetes/ssl 目錄下後續使用；

# mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
# cp *.pem /etc/kubernetes/ssl
# scp *.pem xxxx:/etc/kubernetes/ssl

參考

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