前言
在進行二進制搭建K8S集羣前，我們需要梳理通最磨人的一個點，就是各種各樣的證書機制。這一步是在安裝配置kubernetes的所有步驟中最容易出錯也是最難排查問題的一步，而這卻剛好是第一步，萬事開頭難，不要因爲這點困難就望而卻步。
一共有多少證書？
官方文檔參考：https://kubernetes.io/docs/setup/certificates/
先從Etcd算起：
1、Etcd對外提供服務，要有一套etcd server證書
2、Etcd各節點之間進行通信，要有一套etcd peer證書
3、Kube-APIserver訪問Etcd，要有一套etcd client證書
再算kubernetes：
4、Kube-APIserver對外提供服務，要有一套kube-apiserver server證書
5、kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-proxy、kubelet和其他可能用到的組件，需要訪問kube-APIserver，要有一套kube-APIserver client證書
6、kube-controller-manager要生成服務的service account，要有一對用來簽署service account的證書(CA證書)
7、kubelet對外提供服務，要有一套kubelet server證書
8、kube-APIserver需要訪問kubelet，要有一套kubelet client證書
加起來共8套，但是這裏的“套”的含義我們需要理解。
同一個套內的證書必須是用同一個CA籤署的，簽署不同套裏的證書的CA可以相同，也可以不同。例如，所有etcd server證書需要是同一個CA簽署的，所有的etcd peer證書也需要是同一個CA簽署的，而一個etcd server證書和一個etcd peer證書，完全可以是兩個CA機構簽署的，彼此沒有任何關係。這算兩套證書。
爲什麼同一個“套”內的證書必須是同一個CA簽署的
原因在驗證這些證書的一端。因爲在要驗證這些證書的一端，通常只能指定一個Root CA。這樣一來，被驗證的證書自然都需要是被這同一個Root CA對應的私鑰簽署，不然不能通過認證。
其實實際上，使用一套證書（都使用一套CA來簽署）一樣可以搭建出K8S，一樣可以上生產，但是理清這些證書的關係，在遇到因爲證書錯誤，請求被拒絕的現象的時候，不至於無從下手，而且如果沒有搞清證書之間的關係，在維護或者解決問題的時候，貿然更換了證書，弄不好會把整個系統搞癱。
TLS bootstrapping 簡化kubelet證書製作
Kubernetes1.4版本引入了一組簽署證書用的API。這組API的引入，使我們可以不用提前準備kubelet用到的證書。
每個kubelet用到的證書都是獨一無二的，因爲它要綁定各自的IP地址，於是需要給每個kubelet單獨製作證書，如果業務量很大的情況下，node節點會很多，這樣一來kubelet的數量也隨之增加，而且還會經常變動（增減Node）kubelet的證書製作就成爲一件很麻煩的事情。使用TLS bootstrapping就可以省事兒很多。
工作原理：Kubelet第一次啓動的時候，先用同一個bootstrap token作爲憑證。這個token已經被提前設置爲隸屬於用戶組system：bootstrappers，並且這個用戶組的權限也被限定爲只能用來申請證書。 用這個bootstrap token通過認證後，kubelet申請到屬於自己的兩套證書（kubelet server、kube-apiserver client for kubelet），申請成功後，再用屬於自己的證書做認證，從而擁有了kubelet應有的權限。這樣一來，就去掉了手動爲每個kubelet準備證書的過程，並且kubelet的證書還可以自動輪替更新
官方文檔參考：https://kubernetes.io/docs/tasks/tls/certificate-rotation/
kubelet證書爲何不同
這樣做是一個爲了審計，另一個爲了安全。 每個kubelet既是服務端（kube-apiserver需要訪問kubelet），也是客戶端（kubelet需要訪問kube-apiserver），所以要有服務端和客戶端兩組證書。
服務端證書需要與服務器地址綁定，每個kubelet的地址都不相同，即使綁定域名也是綁定不同的域名，故服務端地址不同
客戶端證書也不應相同，每個kubelet的認證證書與所在機器的IP綁定後，可以防止一個kubelet的認證證書泄露以後，使從另外的機器上僞造的請求通過驗證。
安全方面，如果每個node上保留了用於簽署證書的bootstrap token，那麼bootstrap token泄漏以後，是不是可以隨意簽署證書了？安全隱患非常大。所以，kubelet啓動成功以後，本地的bootstrap token需要被刪除。
正式製作證書
雖然可以用多套證書，但是維護多套CA實在過於繁雜，這裏還是用一個CA簽署所有證書。
需要準備的證書：
admin-key.pem
admin.pem
ca-key.pem
ca.pem
kube-proxy-key.pem
kube-proxy.pem
kubernetes-key.pem
kubernetes.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-manager：使用 ca-key.pem、ca.pem
我們使用CFSSL來製作證書，它是cloudflare開發的一個開源的PKI工具，是一個完備的CA服務系統，可以簽署、撤銷證書等，覆蓋了一個證書的整個生命週期，後面只用到了它的命令行工具。
注：一般情況下，K8S中證書只需要創建一次，以後在向集羣中添加新節點時只要將/etc/kubernetes/ssl目錄下的證書拷貝到新節點上即可。
下載安裝cfssl命令行工具
[root@dong bin]# mkdir -p /usr/local/bin/cfssl [root@dong bin]# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64 [root@dong bin]# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 [root@dong bin]# wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 [root@dong bin]# chmod +x cfssl* [root@dong bin]# mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl [root@dong bin]# mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson [root@dong bin]# mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl-certinfo [root@dong bin]# export PATH=/usr/local/bin:$PATH
創建CA證書
創建存放證書目錄
[root@dong bin]# mkdir -p /opt/kubernetes/ssl/ [root@dong bin]# cd /opt/kubernetes/ssl/
創建證書配置文件
[root@dong ssl]# vim ca-config.json
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h"
},
"profiles": {
"kubernetes": {
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
],
"expiry": "87600h"
}
}
}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：表示該證書可以簽名其他證書；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；
expiry：過期時間
創建CA證書籤名請求文件
[root@dong ssl]# vim ca-csr.json
{
"CN": "kubernetes",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
],
"ca": {
"expiry": "87600h"
}
}字段說明：
“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
[root@dong ssl]# cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca [root@dong ssl]# ls | grep ca ca-config.json ca.csr ca-csr.json ca-key.pem ca.pem
其中ca-key.pem是ca的私鑰，ca.csr是一個簽署請求，ca.pem是CA證書，是後面kubernetes組件會用到的RootCA。
創建kubernetes證書
創建kubernetes證書籤名請求文件 kubernetes-csr.json
[root@dong ssl]# vim kubernetes-csr.json
{
"CN": "kubernetes",
"hosts": [
"127.0.0.1",
"192.168.214.88",
"192.168.214.89",
"192.168.214.200",
"192.168.214.201",
"10.254.0.1",
"192.168.214.210",
"kubernetes",
"kube-api.wangdong.com",
"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"
}
]
}字段說明：
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使用，將etcd、master節點的IP都填上，同時還有service網絡的首IP。(一般是 kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 網段的第一個IP，如 10.254.0.1)
我這裏的設置包括一個私有鏡像倉庫，兩個etcd，兩個master，以上物理節點的IP也可以更換爲主機名。
生成kubernetes證書和私鑰
[root@dong ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes [root@dong ssl]# ls |grep kubernetes kubernetes.csr kubernetes-csr.json kubernetes-key.pem kubernetes.pem
創建admin證書
創建admin證書籤名請求文件admin-csr.json
[root@dong ssl]# admin-csr.json
{
"CN": "admin",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "system:masters",
"OU": "System"
}
]
}說明：
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 Group system:masters 與 Role cluster-admin 綁定，該 Role 授予了調用kube-apiserver 的所有 API的權限；
O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；
注：這個admin 證書，是將來生成管理員用的kube config 配置文件用的，現在我們一般建議使用RBAC 來對kubernetes 進行角色權限控制， kubernetes 將證書中的CN 字段 作爲User， O 字段作爲 Group
生成admin證書和私鑰
[root@dong ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin [root@dong ssl]# ls | grep admin admin.csr admin-csr.json admin-key.pem admin.pem
創建kube-proxy證書
創建 kube-proxy 證書籤名請求文件 kube-proxy-csr.json
[root@dong ssl]# vim 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"
}
]
}說明：
CN 指定該證書的 User 爲 system:kube-proxy；
kube-apiserver 預定義的 RoleBinding system:node-proxier 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證書和私鑰
[root@dong ssl]# cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy [root@dong ssl]# ls |grep kube-proxy kube-proxy.csr kube-proxy-csr.json kube-proxy-key.pem kube-proxy.pem
經過上述操作，我們會用到如下文件：
[root@dong ssl]# ls | grep pem admin-key.pem admin.pem ca-key.pem ca.pem kube-proxy-key.pem kube-proxy.pem kubernetes-key.pem kubernetes.pem
在搭建k8s集羣的時候，將這些文件分發到至此集羣中其他節點機器中即可。至此，TLS證書創建完畢。