kubernetes 设置CA双向数字证书认证

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Kubernetes 认证方式有三种客户证书验证(CA 认证)、基于令牌的身份验证(Token 认证)和基本认证(Base 认证)，今天 Kubernetes 主要介绍如何手动设置 CA认证。

Kubernetes 认证方式

Kubernetes 系统提供了三种认证方式：CA 认证、Token 认证 和 Base 认证。 CA 双向认证方式是最为严格和安全的集群安全配置方式，也是我们今天要介绍的主角。

我们先来了解下什么是 CA 认证：CA认证，即电子认证服务，证书颁发机构（CA, Certificate Authority）即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。CA中心为每个使用公开密钥的用户发放一个数字证书，数字证书的作用是证明证书中列出的用户合法拥有证书中列出的公开密钥。CA机构的数字签名使得攻击者不能伪造和篡改证书。在SET交易中，CA不仅对持卡人、商户发放证书，还要对获款的银行、网关发放证书。

主要配置流程如下：

  • 生成根证书、API Server 服务端证书、服务端私钥、各个组件所用的客户端证书和客户端私钥。
  • 修改 Kubernetes 各个服务进程的启动参数，启用双向认证模式。

openssh

opessl中RSA算法指令主要有三个:

指令 功能
genrsa 生成并输入一个RSA私钥
rsa 处理RSA密钥的格式转换等问题
rsautl 使用RSA密钥进行加密、解密、签名和验证等运算 
genrsa [args] [numbits]                                                     //密钥位数，建议1024及以上
 -des            encrypt the generated key with DES in cbc mode                    //生成的密钥使用des方式进行加密
 -des3           encrypt the generated key with DES in ede cbc mode (168 bit key)  //生成的密钥使用des3方式进行加密
 -seed
                 encrypt PEM output with cbc seed                                  //生成的密钥还是要seed方式进行
 -aes128, -aes192, -aes256
                 encrypt PEM output with cbc aes                                   //生成的密钥使用aes方式进行加密
 -camellia128, -camellia192, –camellia256 
                 encrypt PEM output with cbc camellia                              //生成的密钥使用camellia方式进行加密
 -out file       output the key to 'file                                           //生成的密钥文件，可从中提取公钥
 -passout arg    output file pass phrase source                                    //指定密钥文件的加密口令，可从文件、环境变量、终端等输入
 -f4             use F4 (0x10001) for the E value                                  //选择指数e的值，默认指定该项，e值为65537 -3              use 3 for the E value                                             //选择指数e的值，默认值为65537，使用该选项则指数指定为3
 -engine e       use engine e, possibly a hardware device.                         //指定三方加密库或者硬件
 -rand file:file:...
                 load the file (or the files in the directory) into                //产生随机数的种子文件
                 the random number generator

req 命令：使用已有私钥生成证书请求

openssl req [-inform PEM|DER] [-outform PEM|DER] [-in filename] [-passin arg] [-out filename] [-passout arg] [-text] [-pubkey] [-noout] [-verify] [-modulus] [-new] [-rand file(s)] [-newkey rsa:bits][-newkey alg:file] [-nodes] [-key filename] [-keyform PEM|DER] [-keyout filename] [-keygen_engine id] [-[digest]] [-config filename] [-subj arg] [-multivalue-rdn] [-x509] [-days n] [-set_serial n][-asn1-kludge] [-no-asn1-kludge] [-newhdr] [-extensions section] [-reqexts section] [-utf8] [-nameopt] [-reqopt] [-subject] [-subj arg] [-batch] [-verbose] [-engine id]

    -new    :说明生成证书请求文件
     -x509   :说明生成自签名证书
     -key    :指定已有的秘钥文件生成秘钥请求，只与生成证书请求选项-new配合。
     -newkey :-newkey是与-key互斥的，-newkey是指在生成证书请求或者自签名证书的时候自动生成密钥，
              然后生成的密钥名称由-keyout参数指定。当指定newkey选项时，后面指定rsa:bits说明产生
              rsa密钥，位数由bits指定。 如果没有指定选项-key和-newkey，默认自动生成秘钥。
     -out    :-out 指定生成的证书请求或者自签名证书名称
     -config :默认参数在ubuntu上为 /etc/ssl/openssl.cnf, 可以使用-config指定特殊路径的配置文件
     -nodes  :如果指定-newkey自动生成秘钥，那么-nodes选项说明生成的秘钥不需要加密，即不需要输入passphase.   
     -batch  :指定非交互模式，直接读取config文件配置参数，或者使用默认参数值

下文中相关名词简写

CSR - Certificate Signing Request,即证书签名请求,这个并不是证书,而是向权威证书颁发机构获得签名证书的申请,其核心内容是一个公钥(当然还附带了一些别的信息),在生成这个申请的时候,同时也会生成一个私钥,私钥要自己保管好

CRT - CRT应该是certificate的三个字母,其实还是证书的意思。

双向签名数字证书认证

创建CA证书和私钥相关文件

(1) 生成客户端的密钥，即客户端的公私钥对

//生成私钥文件
# openssl genrsa -out ca.key 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
.......................+++
................................................+++
e is 65537 (0x10001)

(2) 生成自签名证书：用自己的私钥为证书请求文件签名，生成证书文件

openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=master" -days 7000 -out ca.crt

(3) kube-apiservice的私钥:

openssl genrsa -out server.key 2048

(4) 通过配置文件生成签名请求证书：

创建一个master-ssl.cnf配置文件，用来生成书证签名请求文件和证书文件：

[req]
req_extensions = v3_req
distinguished_name = req_distinguished_name

[req_distinguished_name]
[v3_req]
basicConstraints = CA:FALSE
keyUsage = nonRepudiation, digitalSignature, keyEncipherment
subjectAltName = @alt_name
[alt_name]
DNS.1 = kubernetes
DNS.2 = kubernetes.default
DNS.3 = kubernetes.default.svc
DNS.4 = kubernetes.default.svc.cluster.local
# master hostname
DNS.5 = master
# master IP
IP.1 = 192.168.1.122
# kubernetes.default's ClusterIP
IP.2 = 10.254.0.1

查看kubernetes.default的cluster IP:

# kubectl get svc kubernetes -o yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  creationTimestamp: 2019-01-10T08:31:18Z
  labels:
    component: apiserver
    provider: kubernetes
  name: kubernetes
  namespace: default
  resourceVersion: "18"
  selfLink: /api/v1/namespaces/default/services/kubernetes
  uid: 1a258e01-14b2-11e9-86b7-525400bea75c
spec:
  clusterIP: 10.254.0.1
  ports:
  - name: https
    port: 443
    protocol: TCP
    targetPort: 6443
  sessionAffinity: ClientIP
  type: ClusterIP
status:
  loadBalancer: {}

基于mstaer_ssl.cnf创建server.csr和server.crt文件.

创建证书签名请求文件：

openssl req -new -key server.key -subj "/CN=master" -config master_ssl.cnf -out server.csr

创建证书文件：

openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 7000 -extensions v3_req -extfile master_ssl.cnf -out server.crt

下面生成server.crt 和ca.srl

(5) 设置kube-apiserver启动参数

KUBE_API_ARGS="--client-ca-file=/var/run/kubernetes/ca.crt --tls-private-key-file=/var/run/kubernetes/server.key --tls-cert-file=/var/run/kubernetes/server.crt --secure-port=6443"

--client-ca-file表示CA根证书文件、--tls-private-key-file服务端证书文件、--tls-cert-file服务端私钥文件;

重启kube-apiserver服务：

systemctl restart kube-apiserver

设置 kube-controller-manager 的客户端

(1) 生成证书签名请求文件和证书文件

私钥文件：

openssl genrsa -out cs_client.key 2048

证书签名请求（Certificate Signing Request）文件：

openssl req -new -key cs_client.key -subj "/CN=master" -out cs_client.csr

证书文件：

openssl x509 -req -in cs_client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 7000 -out cs_client.crt

(2) 创建kubeconfig

apiVersion: v1
kind: Config
users:
- name: controllermanager
  user:
    client-certificate: /var/run/kubernetes/cs_client.crt
    client-key: /var/run/kubernetes/cs_client.key
clusters:
- name: local
  cluster:
    certificate-authority: /var/run/kubernetes/ca.crt
contexts:
- context:
    cluster: local
    user: controllermanager
  name: my-context
current-context: my-context

(3) 配置参数，重新启动kube-controller-manager

/etc/kubernetes/controller-manager

# Add your own!
KUBE_CONTROLLER_MANAGER_ARGS="--master=https://192.168.1.122:6443 --service-account-key-file=/var/run/kubernetes/server.key --root-ca-file=/var/run/kubernetes/ca.crt --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubeconfig"

重启服务

systemctl restart kube-controller-manager

kube-scheduler配置重启

# Add your own!
KUBE_SCHEDULER_ARGS="--address=0.0.0.0 --master=https://192.168.1.122:6443 --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubeconfig"

重启服务：

systemctl restart kube-scheduler

Node节点设置

从master复制ca.crt和ca.key到Node节点上，按照前面的方式生成证书签名请求和证书文件。

kubelet客户端

私钥：

openssl genrsa -out kubelet_client.key 2048

证书签名请求文件：

openssl req -new -key kubelet_client.key -subj "/CN=node2" -out kubelet_client.csr

证书文件：

openssl x509 -req -in kubelet_client.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -days 7000 -out kubelet_client.crt

设置kubelet启动：

KUBELET_ARGS="--certificate-authority=/var/run/kubernetes/ssl_keys/ca.crt --client-certificate=/var/run/kubernetes/ssl_keys/cs_client.crt --client-key=/var/run/kubernetes/ssl_keys/cs_client.key"

# Add your own!
KUBELET_ARGS="--kubeconfig=/etc/kubernetes/keubeconfig"

重启:

systemctl restart kubelet

kube-proxy

KUBE_PROXY_ARGS="--bind-address=0.0.0.0 --master=https://192.168.1.122:6443 --kubeconfig=/etc/kubernetes/kubeconfig"

重启：

systemctl restart kube-proxy

在设置完成之后master注意开启6443端口：

#添加端口

firewall-cmd --zone=public --add-port=6443/tcp --permanent

#重新载入

firewall-cmd --reload

测试是否成功：

# kubectl --server=https://192.168.1.122:6443 --certificate-authority=/var/run/kubernetes/ssl_keys/ca.crt --client-certificate=/var/run/kubernetes/ssl_keys/cs_client.crt --client-key=/var/run/kubernetes/ssl_keys/cs_client.key get nodes
NAME      STATUS    AGE
node1     Ready     5d
node2     Ready     5d

shikanon wechat
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