前言

kubernetes 集群安装配置过程中，会使用各种证书，目的是为了加强集群安全性，但是会坑很多入门新手.   
前期如果手动部署集群, 想了解集群组件配合工作原理，各种不通，报很多奇葩的错，很多是证书配置错误导致的。  
推荐报错时多看master节点和调试服务节点的日志.  基本都能发现有用的错误日志，k8s打印的错误日志，指引的错误方向还是靠谱的. 
为了少踩坑，个人简单梳理了一下集群配置过程中使用的证书信息，详细如下：

集群使用证书

etcd：                                使用 ca.pem、server-key.pem、server.pem；
kube-apiserver：         使用 ca.pem、server-key.pem、server.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

注意：

证书生成操作都可以在master节点主机上执行，证书只需要创建一次即可。然后将证书copy到新添加节点,
根据不同服务使用的证书的不同单独配置即可。

其它几个类证书文件

token.csv

该文件为一个用户的描述文件，基本格式为 Token,用户名,UID,用户组；这个文件在 apiserver 启动时被 apiserver 加载,  
然后就相当于在集群内创建了一个这个用户；接下来就可以用 RBAC 给他授权

bootstrap.kubeconfig

该文件中内置了 token.csv 中用户的 Token，以及 apiserver CA 证书；kubelet 首次启动会加载此文件，  
使用 apiserver CA 证书建立与 apiserver 的 TLS 通讯，使用其中的用户 Token 作为身份标识像 apiserver 发起 CSR 请求

生成证书过程简介

安装cfssl

CFSSL是CloudFlare开源的一款PKI/TLS工具。CFSSL 包含一个命令行工具和一个用于 签名，验证并且捆绑TLS证书的 HTTP API 服务.
使用Go语言编写。

CFSSL包括：

一组用于生成自定义 TLS PKI 的工具；
cfssl程序，是CFSSL的命令行工具；
multirootca程序是可以使用多个签名密钥的证书颁发机构服务器；
mkbundle程序用于构建证书池；
cfssljson程序，从cfssl和multirootca程序获取JSON输出，并将证书，密钥，CSR和bundle写入磁盘；

PKI借助数字证书和公钥加密技术提供可信任的网络身份。通常，证书就是一个包含如下身份信息的文件：

证书所有组织的信息
公钥
证书颁发组织的信息
证书颁发组织授予的权限，如证书有效期、适用的主机名、用途等
使用证书颁发组织私钥创建的数字签名

下载

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64

安装

chmod +x cfssl_linux-amd64 cfssljson_linux-amd64 cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/bin/cfssl-certinfo

证书生成过程演示

制作server ca证书

cat << EOF | tee ca-config.json
{
  "signing": {
    "default": {
      "expiry": "87600h"
    },
    "profiles": {
      "server": {
         "expiry": "87600h",
         "usages": [
            "signing",
            "key encipherment",
            "server auth",
            "client auth"
        ]
      }
    }
  }
}
EOF

字段说明:
expiry : 87600h  10 年
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；

cat << EOF | tee ca-csr.json
{
    "CN": "server",
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF

字段说明:
"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证书和私钥

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

验证ca 证书

k8s-ssl]# ls
ca-config.json
ca-csr.json

ca.csr
ca-key.pem
ca.pem

制作server证书

cat << EOF | tee server-csr.json
{
    "CN": "server",
    "hosts": [
      "10.254.0.1",
      "127.0.0.1",
      "172.20.101.157",
      "172.20.101.165",
      "172.20.101.164",
      "172.20.101.160",
      "172.20.101.166",
      "172.20.101.167",
      "server",
      "server.default",
      "server.default.svc",
      "server.default.svc.cluster",
      "server.default.svc.cluster.local"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "L": "Beijing",
            "ST": "Beijing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}
EOF

字段说明:
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，该证书后续被 etcd 集群和 kubernetes master 集群使用，

上面分别指定了 etcd 集群:
      "172.20.101.157",
      "172.20.101.165",
      "172.20.101.164",
kubernetes master 集群的主机 IP：
      "172.20.101.157",
      "172.20.101.165",
      "172.20.101.164",
kubernetes node 节点 IP：
      "172.20.101.160",
      "172.20.101.166",
      "172.20.101.167",

service-cluster-ip-range 网段和第一个IP，
      "10.254.0.1",

也可以写物理节点的主机名。
另外集群配置高可用使用vip的IP地址也填上。

生成 kubernetes 证书和私钥

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

验证

ll server*

server.csr
server-csr.json
server-key.pem
server.pem

制作kube-proxy证书

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

字段说明:
CN 指定该证书的Use为system:kube-proxy；
kube-apiserver 预定义的 RoleBinding system:node-proxier 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；

创建 kube-proxy 证书

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=server kube-proxy-csr.json | cfssljson -bare kube-proxy

验证

kube-*

kube-proxy.csr
kube-proxy-csr.json
kube-proxy-key.pem
kube-proxy.pem

创建 admin 证书

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

字段说明:
O 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 ca

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

验证

ll admin*

admin.csr
admin-csr.json
admin-key.pem
admin.pem

清理 csr srl

find . -name "*.csr" -o -name "*.srl"|xargs  rm -f

验证证书：

使用 opsnssl 命令验证key内容

openssl x509  -noout -text -in  server.pem

cfssl-certinfo -cert server.pem

后面的pem可以换成已生成key文件，然后核对key内容。

集群核对key信息

集群搭建完成，通过命令: kubectl get clusterrolebinding cluster-admin -o yaml ,查看 clusterrolebinding cluster-admin 的 subjects 的 kind 是 Group，name 是 system:masters。 roleRef 对象是 ClusterRole cluster-admin。

即：system:masters Group 的 user 或者 serviceAccount 都拥有 cluster-admin 的角色。 因此在使用 kubectl 命令时候，  
才拥有整个集群的管理权限。可以使用 kubectl get clusterrolebinding cluster-admin -o yaml 来查看。

参考文档：

https://blog.51cto.com/lookingdream/2176846
https://jimmysong.io/kubernetes-handbook/practice/create-tls-and-secret-key.html