创建TLS证书及密钥

kubernetes系统的各组件需要使用 TLS 证书对通信进行加密，本文档使用 CloudFlare 的 PKI 工具集 cfssl 来生成 Certificate Authority (CA) 和其它证书；

集群TLS认证需要的证书及密钥如下：

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

集群各组件对证书的依赖如下：

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

安装证书制作工具-CFSSL

安装前需要在 /etc/profile 文件中配置 GOPATH 变量，内容如下：

...
➜ export GOPATH=/usr/local/go
...
➜ source /etc/profile

安装CFSSL

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

创建CA证书

创建CA配置文件

➜ mkdir /root/ssl
➜ cd /root/ssl
➜ cfssl print-defaults config > config.json
➜ cfssl print-defaults csr > csr.json
# 根据config.json文件的格式创建如下的ca-config.json文件
# 过期时间设置成了 87600h
➜ cat > ca-config.json <<EOF
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "kubernetes": {
        "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ],
        "expiry": "87600h"
      }
    }
   }
}
EOF

字段说明如下：

ca-config.json：可以定义多个 profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；后续在签名证书时使用某个 profile；
signing：表示该证书可用于签名其它证书；生成的 ca.pem 证书中 CA=TRUE；
server auth：表示client可以用该 CA 对server提供的证书进行验证；
client auth：表示server可以用该 CA 对client提供的证书进行验证；

创建 CA 证书签名请求

➜ cat > ca-csr.json << EOF
    {
      "CN": "kubernetes",
      "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
      },
      "names": [
        {
          "C": "CN",
          "ST": "BeiJing",
          "L": "BeiJing",
          "O": "k8s",
          "OU": "System"
        }
      ]
    }
    EOF

字段说明如下：

“CN”：Common Name，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求的用户名 (User Name)；浏览器使用该字段验证网站是否合法；
“O”：Organization，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求用户所属的组 (Group)；

生成 CA 证书和密钥

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

创建 kubernetes 证书

创建 kubernetes 证书签名请求文件

➜ cat > kubernetes-csr.json << EOF
{
  "CN": "kubernetes",
  "hosts": [
    "127.0.0.1",
    "192.168.8.66",
    "192.168.8.67",
    "192.168.8.68",
    "192.168.8.69",
    "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"
      }
  ]
}
EOF

如果 hosts 字段不为空则需要指定授权使用该证书的 IP 或域名列表，由于该证书后续被 etcd 集群和 kubernetes master 集群使用，所以上面分别指定了 etcd 集群、kubernetes master 集群的主机 IP 和 kubernetes 服务的服务 IP（一般是 kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 网段的第一个IP，如 10.254.0.1。hosts 中的内容可以为空，即使按照上面的配置，向集群中增加新节点后也不需要重新生成证书。

生成 kubernetes 证书和私钥

➜ cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes

➜ ls kubernetes*
kubernetes.csr  kubernetes-csr.json  kubernetes-key.pem  kubernetes.pem

创建 admin 证书

创建 admin 证书签名请求文件

➜ cat > admin-csr.json << EOF
{
  "CN": "admin",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "system:masters",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

字段说明：

后续 kube-apiserver 使用 RBAC 对客户端(如 kubelet、kube-proxy、Pod)请求进行授权，kube-apiserver 预定义了一些 RBAC 使用的 RoleBindings，如 cluster-admin 将 Group system:masters 与 Role cluster-admin 绑定，该 Role 授予了调用kube-apiserver 的所有 API的权限；
OU 指定该证书的 Group 为 system:masters，kubelet 使用该证书访问 kube-apiserver 时，由于证书被 CA 签名，所以认证通过，同时由于证书用户组为经过预授权的 system:masters，所以被授予访问所有 API 的权限；

生成 admin 证书和私钥

➜ 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

创建 kube-proxy 证书

创建 kube-proxy 证书签名请求文件

➜ cat > kube-proxy-csr.json << EOF
{
  "CN": "system:kube-proxy",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
      "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

字段说明如下：

CN 指定该证书的 User 为 system:kube-proxy；
kube-apiserver 预定义的 RoleBinding cluster-admin 将User system:kube-proxy 与 Role system:node-proxier 绑定，该 Role 授予了调用 kube-apiserver Proxy 相关 API 的权限；

生成 kube-proxy 客户端证书和私钥

➜ 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

校验证书

以 kubernetes 证书为例

使用 openssl 命令校验

➜ openssl x509  -noout -text -in  kubernetes.pem

需要确认的信息如下：

确认 Issuer 字段的内容和 ca-csr.json 一致；
确认 Subject 字段的内容和 kubernetes-csr.json 一致；
确认 X509v3 Subject Alternative Name 字段的内容和 kubernetes-csr.json 一致；
确认 X509v3 Key Usage、Extended Key Usage 字段的内容和 ca-config.json 中 kubernetes profile 一致；

使用 fssl-certinfo 命令校验

➜ cfssl-certinfo -cert kubernetes.pem

分发证书

将生成的证书和秘钥文件（后缀名为.pem）拷贝到所有机器的 /etc/kubernetes/ssl 目录下备用；

➜ mkdir -p /etc/kubernetes/ssl
➜ cp *.pem /etc/kubernetes/ssl

Kubernetes 集群创建 TLS 证书及密钥

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