Kubernetes安裝之證書驗證

前言

昨晚（Apr 9,2017）金山軟件的opsnull發佈了一個開源項目和我一步步部署kubernetes集羣，下文是結合我之前部署kubernetes的過程打造的kubernetes環境和opsnull的文章創建 kubernetes 各組件 TLS 加密通信的證書和祕鑰的實踐。之前安裝過程中一直使用的是非加密方式，一直到後來使用Fluentd和ElasticSearch收集Kubernetes集羣日誌時發現有權限驗證問題，所以爲了深入研究kubernentes。

Kubernentes中的身份驗證

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

生成的 CA 證書和祕鑰文件如下：

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

使用證書的組件如下：

• 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 當前需要和 kube-apiserver 部署在同一臺機器上且使用非安全端口通信，故不需要證書。

安裝 CFSSL

方式一：直接使用二進制源碼包安裝

$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
$ chmod +x cfssl_linux-amd64
$ sudo mv cfssl_linux-amd64 /root/local/bin/cfssl

$ wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
$ chmod +x cfssljson_linux-amd64
$ sudo 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
$ sudo mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /root/local/bin/cfssl-certinfo

$ export PATH=/root/local/bin:$PATH 

方式二：使用go命令安裝

我們的系統中安裝了Go1.7.5，使用以下命令安裝更快捷：

$go get -u github.com/cloudflare/cfssl/cmd/... $echo $GOPATH /usr/local $ls /usr/local/bin/cfssl*
cfssl cfssl-bundle cfssl-certinfo cfssljson cfssl-newkey cfssl-scan

在$GOPATH/bin目錄下得到以cfssl開頭的幾個命令。

創建 CA (Certificate Authority)

創建 CA 配置文件

$ 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

• ca-config.json：可以定義多個 profiles，分別指定不同的過期時間、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可以用該 CA 對server提供的證書進行驗證；
• client auth：表示server可以用該CA對client提供的證書進行驗證；

創建 CA 證書籤名請求

$ 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作爲請求的用戶名 (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作爲請求用戶所屬的組 (Group)；

生成 CA 證書和私鑰

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

創建 Kubernetes 證書

創建 kubernetes 證書籤名請求

$ cat kubernetes-csr.json
{ "CN": "kubernetes", "hosts": [ "127.0.0.1", "172.20.0.112", "172.20.0.113", "172.20.0.114", "172.20.0.115", "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" } ] }

• 如果 hosts 字段不爲空則需要指定授權使用該證書的 IP 或域名列表，由於該證書後續被 etcd 集羣和 kubernetes master 集羣使用，所以上面分別指定了 etcd 集羣、kubernetes master 集羣的主機 IP 和 kubernetes 服務的服務 IP（一般是 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="127.0.0.1,10.64.3.7,10.254.0.1,kubernetes,kubernetes.default" - | cfssljson -bare kubernetes

創建 Admin 證書

創建 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)請求進行授權；
• kube-apiserver 預定義了一些 RBAC 使用的 RoleBindings，如 cluster-admin 將 Groupsystem:masters 與 Role cluster-admin 綁定，該 Role 授予了調用kube-apiserver 的所有 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 ，由於證書被 CA 簽名，所以認證通過，同時由於證書用戶組爲經過預授權的system:masters，所以被授予訪問所有 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

創建 Kube-Proxy 證書

創建 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 預定義的 RoleBinding cluster-admin 將User system:kube-proxy 與 Rolesystem: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: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 ...

• 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 kubernetesprofile 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）拷貝到所有機器的 /etc/kubernetes/ssl 目錄下備用；

$ sudo mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
$ sudo cp *.pem /etc/kubernetes/ssl

本文轉自中文社區-Kubernetes安裝之證書驗證