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使用 kubeadm 进行证书管理

特性状态: Kubernetes v1.15 [stable]

kubeadm 生成的客户端证书在 1 年后到期。 本页说明如何使用 kubeadm 管理证书续订,同时也涵盖其他与 kubeadm 证书管理相关的说明。

准备开始

你应该熟悉 Kubernetes 中的 PKI 证书和要求

使用自定义的证书

默认情况下,kubeadm 会生成运行一个集群所需的全部证书。 你可以通过提供你自己的证书来改变这个行为策略。

如果要这样做,你必须将证书文件放置在通过 --cert-dir 命令行参数或者 kubeadm 配置中的 certificatesDir 配置项指明的目录中。默认的值是 /etc/kubernetes/pki

如果在运行 kubeadm init 之前存在给定的证书和私钥对,kubeadm 将不会重写它们。 例如,这意味着你可以将现有的 CA 复制到 /etc/kubernetes/pki/ca.crt/etc/kubernetes/pki/ca.key 中,而 kubeadm 将使用此 CA 对其余证书进行签名。

外部 CA 模式

只提供了 ca.crt 文件但是不提供 ca.key 文件也是可以的 (这只对 CA 根证书可用,其它证书不可用)。 如果所有的其它证书和 kubeconfig 文件已就绪,kubeadm 检测到满足以上条件就会激活 "外部 CA" 模式。kubeadm 将会在没有 CA 密钥文件的情况下继续执行。

否则,kubeadm 将独立运行 controller-manager,附加一个 --controllers=csrsigner 的参数,并且指明 CA 证书和密钥。

PKI 证书和要求包括集群使用外部 CA 的设置指南。

检查证书是否过期

你可以使用 check-expiration 子命令来检查证书何时过期

kubeadm certs check-expiration

输出类似于以下内容:

CERTIFICATE                EXPIRES                  RESIDUAL TIME   CERTIFICATE AUTHORITY   EXTERNALLY MANAGED
admin.conf                 Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d                                    no
apiserver                  Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            ca                      no
apiserver-etcd-client      Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            etcd-ca                 no
apiserver-kubelet-client   Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            ca                      no
controller-manager.conf    Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d                                    no
etcd-healthcheck-client    Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            etcd-ca                 no
etcd-peer                  Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            etcd-ca                 no
etcd-server                Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            etcd-ca                 no
front-proxy-client         Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d            front-proxy-ca          no
scheduler.conf             Dec 30, 2020 23:36 UTC   364d                                    no

CERTIFICATE AUTHORITY   EXPIRES                  RESIDUAL TIME   EXTERNALLY MANAGED
ca                      Dec 28, 2029 23:36 UTC   9y              no
etcd-ca                 Dec 28, 2029 23:36 UTC   9y              no
front-proxy-ca          Dec 28, 2029 23:36 UTC   9y              no

该命令显示 /etc/kubernetes/pki 文件夹中的客户端证书以及 kubeadm(admin.confcontroller-manager.confscheduler.conf) 使用的 KUBECONFIG 文件中嵌入的客户端证书的到期时间/剩余时间。

另外,kubeadm 会通知用户证书是否由外部管理; 在这种情况下,用户应该小心的手动/使用其他工具来管理证书更新。

自动更新证书

kubeadm 会在控制面 升级 的时候更新所有证书。

这个功能旨在解决最简单的用例;如果你对此类证书的更新没有特殊要求, 并且定期执行 Kubernetes 版本升级(每次升级之间的间隔时间少于 1 年), 则 kubeadm 将确保你的集群保持最新状态并保持合理的安全性。

如果你对证书更新有更复杂的需求,则可通过将 --certificate-renewal=false 传递给 kubeadm upgrade apply 或者 kubeadm upgrade node,从而选择不采用默认行为。

手动更新证书

你能随时通过 kubeadm certs renew 命令手动更新你的证书。

此命令用 CA(或者 front-proxy-CA )证书和存储在 /etc/kubernetes/pki 中的密钥执行更新。

执行完此命令之后你需要重启控制面 Pods。因为动态证书重载目前还不被所有组件和证书支持,所有这项操作是必须的。 静态 Pods 是被本地 kubelet 而不是 API Server 管理, 所以 kubectl 不能用来删除或重启他们。 要重启静态 Pod 你可以临时将清单文件从 /etc/kubernetes/manifests/ 移除并等待 20 秒 (参考 KubeletConfiguration 结构 中的fileCheckFrequency 值)。 如果 Pod 不在清单目录里,kubelet 将会终止它。 在另一个 fileCheckFrequency 周期之后你可以将文件移回去,为了组件可以完成 kubelet 将重新创建 Pod 和证书更新。

kubeadm certs renew 提供以下选项:

Kubernetes 证书通常在一年后到期。

  • --csr-only 可用于经过一个外部 CA 生成的证书签名请求来更新证书(无需实际替换更新证书); 更多信息请参见下节。
  • 可以更新单个证书而不是全部证书。

用 Kubernetes 证书 API 更新证书

本节提供有关如何使用 Kubernetes 证书 API 执行手动证书更新的更多详细信息。

设置一个签名者(Signer)

Kubernetes 证书颁发机构不是开箱即用。你可以配置外部签名者,例如 cert-manager, 也可以使用内置签名者。 内置签名者是 kube-controller-manager 的一部分。 要激活内置签名者,请传递 --cluster-signing-cert-file--cluster-signing-key-file 参数。

如果你正在创建一个新的集群,你可以使用 kubeadm 的 配置文件

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
controllerManager:
  extraArgs:
    cluster-signing-cert-file: /etc/kubernetes/pki/ca.crt
    cluster-signing-key-file: /etc/kubernetes/pki/ca.key

创建证书签名请求 (CSR)

有关使用 Kubernetes API 创建 CSR 的信息, 请参见创建 CertificateSigningRequest

通过外部 CA 更新证书

本节提供有关如何使用外部 CA 执行手动更新证书的更多详细信息。

为了更好的与外部 CA 集成,kubeadm 还可以生成证书签名请求(CSR)。 CSR 表示向 CA 请求客户的签名证书。 在 kubeadm 术语中,通常由磁盘 CA 签名的任何证书都可以作为 CSR 生成。但是,CA 不能作为 CSR 生成。

创建证书签名请求 (CSR)

你可以通过 kubeadm certs renew --csr-only 命令创建证书签名请求。

CSR 和随附的私钥都在输出中给出。 你可以传入一个带有 --csr-dir 的目录,将 CSR 输出到指定位置。 如果未指定 --csr-dir,则使用默认证书目录(/etc/kubernetes/pki)。

证书可以通过 kubeadm certs renew --csr-only 来续订。 和 kubeadm init 一样,可以使用 --csr-dir 标志指定一个输出目录。

CSR 签署证书后,必须将证书和私钥复制到 PKI 目录(默认情况下为 /etc/kubernetes/pki)。

CSR 中包含一个证书的名字,域和 IP,但是未指定用法。 颁发证书时,CA 有责任指定正确的证书用法

使用首选方法对证书签名后,必须将证书和私钥复制到 PKI 目录(默认为 /etc/kubernetes/pki )。

证书机构(CA)轮换

kubeadm 并不直接支持对 CA 证书的轮换或者替换。

关于手动轮换或者置换 CA 的更多信息,可参阅 手动轮换 CA 证书

启用已签名的 kubelet 服务证书

默认情况下,kubeadm 所部署的 kubelet 服务证书是自签名(Self-Signed)。 这意味着从 metrics-server 这类外部服务发起向 kubelet 的链接时无法使用 TLS 来完成保护。

要在新的 kubeadm 集群中配置 kubelet 以使用被正确签名的服务证书, 你必须向 kubeadm init 传递如下最小配置数据:

apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
---
apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1beta1
kind: KubeletConfiguration
serverTLSBootstrap: true

如果你已经创建了集群,你必须通过执行下面的操作来完成适配:

  • 找到 kube-system 名字空间中名为 kubelet-config-1.24 的 ConfigMap 并编辑之。 在该 ConfigMap 中,kubelet 键下面有一个 KubeletConfiguration 文档作为其取值。编辑该 KubeletConfiguration 文档以设置 serverTLSBootstrap: true
  • 在每个节点上,在 /var/lib/kubelet/config.yaml 文件中添加 serverTLSBootstrap: true 字段,并使用 systemctl restart kubelet 来重启 kubelet。

字段 serverTLSBootstrap 将允许启动引导 kubelet 的服务证书,方式 是从 certificates.k8s.io API 处读取。这种方式的一种局限在于这些 证书的 CSR(证书签名请求)不能被 kube-controller-manager 中默认的 签名组件 kubernetes.io/kubelet-serving 批准。需要用户或者第三方控制器来执行此操作。

可以使用下面的命令来查看 CSR:

kubectl get csr
NAME        AGE     SIGNERNAME                        REQUESTOR                      CONDITION
csr-9wvgt   112s    kubernetes.io/kubelet-serving     system:node:worker-1           Pending
csr-lz97v   1m58s   kubernetes.io/kubelet-serving     system:node:control-plane-1    Pending

你可以执行下面的操作来批准这些请求:

kubectl certificate approve <CSR-名称>

默认情况下,这些服务证书会在一年后过期。 kubeadm 将 KubeletConfigurationrotateCertificates 字段设置为 true;这意味着证书快要过期时,会生成一组针对服务证书的新的 CSR,而 这些 CSR 也要被批准才能完成证书轮换。 要进一步了解这里的细节,可参阅 证书轮换 文档。

如果你在寻找一种能够自动批准这些 CSR 的解决方案,建议你与你的云提供商 联系,询问他们是否有 CSR 签名组件,用来以带外(out-of-band)的方式检查 节点的标识符。

也可以使用第三方定制的控制器:

除非既能够验证 CSR 中的 CommonName,也能检查请求的 IP 和域名, 这类控制器还算不得安全的机制。 只有完成彻底的检查,才有可能避免有恶意的、能够访问 kubelet 客户端证书的第三方 为任何 IP 或域名请求服务证书。

为其他用户生成 kubeconfig 文件

在集群创建过程中,kubeadm 对 admin.conf 中的证书进行签名时,将其配置为 Subject: O = system:masters, CN = kubernetes-adminsystem:masters 是一个例外的超级用户组,可以绕过鉴权层(例如 RBAC)。 强烈建议不要将 admin.conf 文件与任何人共享。

你要使用 kubeadm kubeconfig user 命令为其他用户生成 kubeconfig 文件,这个命令支持命令行参数和 kubeadm 配置结构。 以上命令会将 kubeconfig 打印到终端上,也可以使用 kubeadm kubeconfig user ... > somefile.conf 输出到一个文件中。

如下 kubeadm 可以在 --config 后加的配置文件示例:

# example.yaml
apiVersion: kubeadm.k8s.io/v1beta3
kind: ClusterConfiguration
# kubernetes 将作为 kubeconfig 中集群名称
clusterName: "kubernetes"
# some-dns-address:6443 将作为集群 kubeconfig 文件中服务地址(IP 或者 DNS 名称)
controlPlaneEndpoint: "some-dns-address:6443"
# 从本地挂载集群的 CA 秘钥和 CA 证书
certificatesDir: "/etc/kubernetes/pki"

确保这些设置与所需的目标集群设置相匹配。可以使用以下命令查看现有集群的设置:

kubectl get cm kubeadm-config -n kube-system -o=jsonpath="{.data.ClusterConfiguration}"

以下示例将为在 appdevs 组的 johndoe 用户创建一个有效期为 24 小时的 kubeconfig 文件:

kubeadm kubeconfig user --config example.yaml --org appdevs --client-name johndoe --validity-period 24h

以下示例将为管理员创建一个有效期有一周的 kubeconfig 文件:

kubeadm kubeconfig user --config example.yaml --client-name admin --validity-period 168h

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