Kubernetes手动生成证书

在Kubernetes集群中，为了实现安全的通信，我们需要为Kubernetes的各个组件生成证书和私钥。在使用客户端证书认证的场景下，可以通过 easyrsa、 openssl 或 cfssl 等工具以手工方式生成证书。

一、easyrsa

easyrsa 支持以手工方式为集群生成证书。

1、下载、解压、初始化打过补丁的 easyrsa3

curl -LO https://dl.k8s.io/easy-rsa/easy-rsa.tar.gz
tar xzf easy-rsa.tar.gz
cd easy-rsa-master/easyrsa3
./easyrsa init-pki

2、生成新的证书颁发机构（CA）。参数 --batch 用于设置自动模式； 参数 --req-cn 用于设置新的根证书的通用名称（CN）

./easyrsa --batch "--req-cn=${MASTER_IP}@`date +%s`" build-ca nopass

3、生成服务器证书和秘钥

参数 --subject-alt-name 设置 API 服务器的 IP 和 DNS 名称。 MASTER_CLUSTER_IP 用于 API 服务器和控制器管理器，通常取 CIDR 的第一个 IP， 由 --service-cluster-ip-range 的参数提供。 参数 --days 用于设置证书的过期时间。 下面的示例假定默认 DNS 域名为 cluster.local。

./easyrsa --subject-alt-name="IP:${MASTER_IP},"\
"IP:${MASTER_CLUSTER_IP},"\
"DNS:kubernetes,"\
"DNS:kubernetes.default,"\
"DNS:kubernetes.default.svc,"\
"DNS:kubernetes.default.svc.cluster,"\
"DNS:kubernetes.default.svc.cluster.local" \
--days=10000 \
build-server-full server nopass

4、拷贝文件 pki/ca.crt、pki/issued/server.crt 和 pki/private/server.key 到目录中

5、在 API 服务器的启动参数中添加以下参数：

--client-ca-file=/yourdirectory/ca.crt
--tls-cert-file=/yourdirectory/server.crt
--tls-private-key-file=/yourdirectory/server.key

二、openssl

openssl 支持以手工方式为集群生成证书。

1、生成一个 2048 位的 ca.key 文件

openssl genrsa -out ca.key 2048

2、在 ca.key 文件的基础上，生成 ca.crt 文件（用参数 -days 设置证书有效期）

openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=${MASTER_IP}" -days 10000 -out ca.crt

3、生成一个 2048 位的 server.key 文件：

openssl genrsa -out server.key 2048

4、创建一个用于生成证书签名请求（CSR）的配置文件

保存文件（例如：csr.conf）前，记得用真实值替换掉尖括号中的值（例如：<MASTER_IP>）。 注意：MASTER_CLUSTER_IP 就像前一小节所述，它的值是 API 服务器的服务集群 IP。 下面的例子假定默认 DNS 域名为 cluster.local。

[ req ]
default_bits = 2048
prompt = no
default_md = sha256
req_extensions = req_ext
distinguished_name = dn
[ dn ]
C = <country>
ST = <state>
L = <city>
O = <organization>
OU = <organization unit>
CN = <MASTER_IP>
[ req_ext ]
subjectAltName = @alt_names
[ alt_names ]
DNS.1 = kubernetes
DNS.2 = kubernetes.default
DNS.3 = kubernetes.default.svc
DNS.4 = kubernetes.default.svc.cluster
DNS.5 = kubernetes.default.svc.cluster.local
IP.1 = <MASTER_IP>
IP.2 = <MASTER_CLUSTER_IP>
[ v3_ext ]
authorityKeyIdentifier=keyid,issuer:always
basicConstraints=CA:FALSE
keyUsage=keyEncipherment,dataEncipherment
extendedKeyUsage=serverAuth,clientAuth
subjectAltName=@alt_names

5、基于上面的配置文件生成证书签名请求：

openssl req -new -key server.key -out server.csr -config csr.conf

6、基于 ca.key、ca.crt 和 server.csr 等三个文件生成服务端证书：

openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key \
-CAcreateserial -out server.crt -days 10000 \
-extensions v3_ext -extfile csr.conf -sha256

7、查看证书签名请求：

openssl req -noout -text -in ./server.csr

8、查看证书：

openssl x509 -noout -text -in ./server.crt

最后，为 API 服务器添加相同的启动参数。

三、cfssl

cfssl 是另一个用于生成证书的工具。

1、下载、解压并准备如下所示的命令行工具

注意：可能需要根据所用的硬件体系架构和 cfssl 版本调整示例命令。

curl -L https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.5.0/cfssl_1.5.0_linux_amd64 -o cfssl
chmod +x cfssl
curl -L https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.5.0/cfssljson_1.5.0_linux_amd64 -o cfssljson
chmod +x cfssljson
curl -L https://github.com/cloudflare/cfssl/releases/download/v1.5.0/cfssl-certinfo_1.5.0_linux_amd64 -o cfssl-certinfo
chmod +x cfssl-certinfo

2、创建一个目录，用它保存所生成的构件和初始化 cfssl：

mkdir cert
cd cert
../cfssl print-defaults config > config.json
../cfssl print-defaults csr > csr.json

3、创建一个 JSON 配置文件来生成 CA 文件，例如：ca-config.json：

{
"signing": {
"default": {
"expiry": "8760h"
},
"profiles": {
"kubernetes": {
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
],
"expiry": "8760h"
}
}
}
}

4、创建一个 JSON 配置文件，用于 CA 证书签名请求（CSR），例如：ca-csr.json。 确认用需要的值替换掉尖括号中的值。

{
"CN": "kubernetes",
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names":[{
"C": "<country>",
"ST": "<state>",
"L": "<city>",
"O": "<organization>",
"OU": "<organization unit>"
}]
}

5、生成 CA 秘钥文件（ca-key.pem）和证书文件（ca.pem）：

../cfssl gencert -initca ca-csr.json | ../cfssljson -bare ca

6、创建一个 JSON 配置文件，用来为 API 服务器生成秘钥和证书

例如：server-csr.json。 确认用需要的值替换掉尖括号中的值。MASTER_CLUSTER_IP 是为 API 服务器 指定的服务集群 IP，就像前面小节描述的那样。 以下示例假定默认 DNS 域名为cluster.local。

{
"CN": "kubernetes",
"hosts": [
"127.0.0.1",
"<MASTER_IP>",
"<MASTER_CLUSTER_IP>",
"kubernetes",
"kubernetes.default",
"kubernetes.default.svc",
"kubernetes.default.svc.cluster",
"kubernetes.default.svc.cluster.local"
],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [{
"C": "<country>",
"ST": "<state>",
"L": "<city>",
"O": "<organization>",
"OU": "<organization unit>"
}]
}

7、为 API 服务器生成秘钥和证书，默认会分别存储为server-key.pem 和 server.pem 两个文件

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

四、分发自签名CA证书

客户端节点可能不认可自签名 CA 证书的有效性。 对于非生产环境，或者运行在公司防火墙后的环境，可以分发自签名的 CA 证书到所有客户节点，并刷新本地列表以使证书生效。

在每一个客户节点，执行以下操作：

sudo cp ca.crt /usr/local/share/ca-certificates/kubernetes.crt
sudo update-ca-certificates

Updating certificates in /etc/ssl/certs...
1 added, 0 removed; done.
Running hooks in /etc/ca-certificates/update.d....
done.