kubernetes PKI 证书和要求

2023-10-18

字数统计: 1.6k字 | 阅读时长≈ 7分

PKI 证书和要求

Kubernetes 需要 PKI 证书才能进行基于 TLS 的身份验证。如果你使用 kubeadm 安装的 Kubernetes，则会自动生成集群所需的证书。我们可以生成自己的证书。例如，不将私钥存储在 API 服务器上，可以让私钥更加安全。

集群是如何使用证书的

Kubernetes 需要 PKI 才能执行以下操作：

kubelet 的客户端证书，用于 API 服务器身份验证；
API 服务器端点的证书；
集群管理员的客户端证书，用于 API 服务器身份认证；
API 服务器的客户端证书，用于和 kubelet 的会话；
API 服务器的客户端证书，用于和 ETCD 的会话；
Controller-manager 的客户端证书/kubeconfig，用于和 API 服务器的会话；
Scheduler 的客户端证书/kubeconfig，用于和 API 服务器的会话；
前端代理的客户端以及服务端证书

说明: 只有当你运行 kube-proxy 并要支持扩展 API 服务器时，才需要 front-proxy 证书

ETCD 还实现了双向 TLS 来对客户端和对其他对等节点进行身份验证。

证书存放的位置

如果你是通过 kubeadm 安装的 Kubernetes，所有证书都存放在 /etc/kubernetes/pki 目录下。如果是使用二进制安装的，可以自定义证书存放位置。

手动配置证书

如果不想通过 kubeadm 生成这些必需的证书，你可以通过下面两种方式之一来手动创建它们。

单根 CA

你可以创建一个单根 CA，由管理员控制它，该根 CA 可以创建多个中间 CA，并将所有进一步的创建委托给 Kubernetes。需要创建的 CA 如下:

文件名	默认 CN	描述
ca.crt, ca.key	kubernetes-ca	Kubernetes 通用 CA
etcd-ca.crt, etcd-ca.key	etcd-ca	与 etcd 相关的所有功能
front-proxy-ca.crt, front-proxy-ca.key	kubernetes-front-proxy-ca	用于前端代理

除了上面的 CA 之外，还需要获取用于服务账户管理的密钥对，也就是 sa.key 和 sa.pub。

所有的证书

如果不想将 CA 的私钥拷贝到集群中，你也可以自己生成全部的证书。集群中需要创建的证书信息如下：

默认 CN	父级 CA	O(位于 Subject中)	类型	主机（SAN）
kube-etcd	etcd-ca		server, client	localhost, 127.0.0.1
kube-etcd-peer	etcd-ca		server, client	hostname, host_ip, localhost, 127.0.0.1
kube-etcd-healthcheck-client	etcd-ca		client
kube-apiserver-etcd-client	etcd-ca	system:masters	client
kube-apiserver	kubernetes-ca		server	hostname, host_IP, advertise_IP, [1]
kube-apiserver-kubelet-client	kubernetes-ca	system:masters	client
front-proxy-client	kubernetes-front-proxy-ca		client

[1]: 用来连接到集群的不同 IP 或 DNS 名。（就像 kubeadm 为负载均衡所使用的的固定 IP 或 DNS 名，kubernetes、kubernetes.default、kubernetes.default.svc、 kubernetes.default.svc.cluster、kubernetes.default.svc.cluster.local）

其中，类型对应一种或多种类型的 x509 秘钥用途

类型	秘钥用途
server	数字签名、密钥加密、服务端认证
client	数字签名、密钥加密、服务端认证

说明：上面列出的主机/SAN 是推荐的配置方式；如果需要特殊安装，则可以在所有服务器证书上添加其他 SAN。

对于 kubeadm 用户：

不使用私钥，将证书复制到集群 CA 的方案，在 kubeadm 文档中将这种方案称为外部 CA。
如果将以上列表与 kubeadm 生成的 PKI 进行比较，你会注意到，如果使用外部 etcd，则不会生成 kube-etcd、kube-etcd-peer 和 kube-etcd-healthcheck-client 证书。

证书路径

证书应放置在建议的路径中（以便 kubeadm使用）。无论使用什么位置，都应使用给定的参数指定路径。

默认 CN	建议的秘钥路径	建议的证书路径	命令	秘钥参数	证书参数
etcd-ca	etcd/ca.key	etcd/ca.crt	kube-apiserver		–etcd-cafile
kube-apiserver-etcd-client	apiserver-etcd-client.key	apiserver-etcd-client.crt	kube-apiserver	–etcd-keyfile	–etcd-certfile
kubernetes-ca	ca.key	ca.crt	kube-apiserver		–client-ca-file
kubernetes-ca	ca.key	ca.crt	kube-controller-manager	–cluster-signing-key-file	–client-ca-file, –root-ca-file, –cluster-signing-cert-file
kube-apiserver	apiserver.key	apiserver.crt	kube-apiserver	–tls-private-key-file	–tls-cert-file
kube-apiserver-kubelet-client	apiserver-kubelet-client.key	apiserver-kubelet-client.crt	kube-apiserver	–kubelet-client-key	–kubelet-client-certificate
front-proxy-ca	front-proxy-ca.key	front-proxy-ca.crt	kube-apiserver	–requestheader-client-ca-file
front-proxy-ca	front-proxy-ca.key	front-proxy-ca.crt	kube-controller-manager		–requestheader-client-ca-file
front-proxy-client	front-proxy-client.key	front-proxy-client.crt	kube-apiserver	–proxy-client-key-file	–proxy-client-cert-file
etcd-ca	etcd/ca.key	etcd/ca.crt	etcd		–trusted-ca-file, –peer-trusted-ca-file
kube-etcd	etcd/server.key	etcd/server.crt	etcd	–key-file	–cert-file
kube-etcd-peer	etcd/peer.key	etcd/peer.crt	etcd	–peer-key-file	–peer-cert-file
etcd-ca		etcd/ca.crt	etcdctl		–cacert
kube-etcd-healthcheck-client	etcd/healthcheck-client.key	etcd/healthcheck-client.crt	etcdctl	–key	–cert

注意事项同样适用于服务帐户密钥对：

私钥路径	公钥路径	命令	参数
sa.key		kube-controller-manager	–service-account-private-key-file
	sa.pub	kube-apiserver	–service-account-key-file

为用户账户配置证书 (kubeconfig)

你必须手动配置以下管理员帐户和服务帐户：

文件名	凭据名称	默认 CN	O(位于 Subject 中)
admin.conf	default-admin	kubernetes-admin	system:masters
kubelet.conf	default-auth	system:node:<nodeName> （参阅注释）	system:nodes
controller-manager.conf	default-controller-manager	system:kube-controller-manager
scheduler.conf	default-scheduler	system:kube-scheduler

说明: kubelet.conf 中 <nodeName> 的值必须与 kubelet 向 apiserver 注册时提供的节点名称的值完全匹配。有关更多详细信息，请阅读节点授权。

对于每个配置，请都使用给定的 CN 和 O 生成 x509 证书/密钥偶对。

为每个配置运行下面的 kubectl 命令：

kubectl config set-cluster default-cluster \
  --server=https://<host ip>:6443 \
  --certificate-authority <path-to-kubernetes-ca> \
  --embed-certs \
  KUBECONFIG=<filename> 

kubectl config set-credentials <credential-name> \
  --client-key <path-to-key>.pem \
  --client-certificate <path-to-cert>.pem \
  --embed-certs \
  KUBECONFIG=<filename> 

kubectl config set-context default-system \
  --cluster default-cluster \
  --user <credential-name> \
  KUBECONFIG=<filename> 

kubectl config use-context default-system KUBECONFIG=<filename>

这些文件的用途：

文件名	适用组件	说明
admin.conf	kubectl	配置集群的管理员
kubelet.conf	kubelet	集群中的每个节点都需要一份
controller-manager.conf	kube-controller-manager	必需添加到 `manifests/kube-controller-manager.yaml` 清单中
scheduler.conf	kube-scheduler	必需添加到 manifests/kube-scheduler.yaml 清单中