k8s学习笔记-证书详解
在进行二进制搭建K8S集群前，我们需要梳理最磨人的一个点，就是各种各样的证书。
官方文档参考：https://kubernetes.io/docs/setup/certificates/
一共有多少证书：
先从Etcd算起：
1、Etcd对外提供服务，要有一套etcd server证书
2、Etcd各节点之间进行通信，要有一套etcd peer证书
3、Kube-APIserver访问Etcd，要有一套etcd client证书
再算kubernetes：
4、Kube-APIserver对外提供服务，要有一套kube-apiserver server证书
5、kube-scheduler、kube-controller-manager、kube-proxy、kubelet和其他可能用到的组件，需要访问kube-APIserver，要有一套kube-APIserver client证书
6、kube-controller-manager要生成服务的service account，要有一对用来签署service account的证书(CA证书)
7、kubelet对外提供服务，要有一套kubelet server证书
8、kube-APIserver需要访问kubelet，要有一套kubelet client证书
加起来共8套，但是这里的“套”的含义我们需要理解。
同一个套内的证书必须是用同一个CA签署的，签署不同套里的证书的CA可以相同，也可以不同。例如，所有etcd server证书需要是同一个CA签署的，所有的etcd peer证书也需要是同一个CA签署的，而一个etcd server证书和一个etcd peer证书，完全可以是两个CA机构签署的，彼此没有任何关系。这算两套证书。
为什么同一个“套”内的证书必须是同一个CA签署的
原因在验证这些证书的一端。因为在要验证这些证书的一端，通常只能指定一个Root CA。这样一来，被验证的证书自然都需要是被这同一个Root CA对应的私钥签署，不然不能通过认证。
其实实际上，使用一套证书（都使用一套CA来签署）一样可以搭建出K8S，一样可以上生产，但是理清这些证书的关系，在遇到因为证书错误，请求被拒绝的现象的时候，不至于无从下手，而且如果没有搞清证书之间的关系，在维护或者解决问题的时候，贸然更换了证书，弄不好会把整个系统搞瘫。
TLS bootstrapping 简化kubelet证书制作
Kubernetes1.4版本引入了一组签署证书用的API。这组API的引入，使我们可以不用提前准备kubelet用到的证书。
官网地址：https://kubernetes.io/docs/tasks/tls/certificate-rotation/
每个kubelet用到的证书都是独一无二的，因为它要绑定各自的IP地址，于是需要给每个kubelet单独制作证书，如果业务量很大的情况下，node节点会很多，这样一来kubelet的数量也随之增加，而且还会经常变动（增减Node）kubelet的证书制作就成为一件很麻烦的事情。使用TLS bootstrapping就可以省事儿很多。
工作原理：Kubelet第一次启动的时候，先用同一个bootstrap token作为凭证。这个token已经被提前设置为隶属于用户组system：bootstrappers，并且这个用户组的权限也被限定为只能用来申请证书。 用这个bootstrap token通过认证后，kubelet申请到属于自己的两套证书（kubelet server、kube-apiserver client for kubelet），申请成功后，再用属于自己的证书做认证，从而拥有了kubelet应有的权限。这样一来，就去掉了手动为每个kubelet准备证书的过程，并且kubelet的证书还可以自动轮替更新
参考文档：
https://mritd.me/2018/01/07/kubernetes-tls-bootstrapping-note/
https://www.jianshu.com/p/bb973ab1029b
kubelet证书为何不同
这样做是一个为了审计，另一个为了安全。 每个kubelet既是服务端（kube-apiserver需要访问kubelet），也是客户端（kubelet需要访问kube-apiserver），所以要有服务端和客户端两组证书。
服务端证书需要与服务器地址绑定，每个kubelet的地址都不相同，即使绑定域名也是绑定不同的域名，故服务端地址不同
客户端证书也不应相同，每个kubelet的认证证书与所在机器的IP绑定后，可以防止一个kubelet的认证证书泄露以后，使从另外的机器上伪造的请求通过验证。
安全方面，如果每个node上保留了用于签署证书的bootstrap token，那么bootstrap token泄漏以后，是不是可以随意签署证书了？安全隐患非常大。所以，kubelet启动成功以后，本地的bootstrap token需要被删除。
正式制作证书
虽然可以用多套证书，但是维护多套CA实在过于繁杂，这里还是用一个CA签署所有证书。
需要准备的证书：
- admin.pem
- ca.-key.pem
- ca.pem
- admin-key.pem
- admin.pem
- kube-scheduler-key.pem
- kube-scheduler.pem
- kube-controller-manager-key.pem
- kube-controller-manager.pem
-
kube-proxy-key.pem
-
kube-proxy.pem
-
kubernetes-key.pem
-
kubernetes.pem
使用证书的组件如下：
-
etcd：使用 ca.pem kubernetes-key.pem kubernetes.pem
-
kube-apiserver：使用 ca.pem ca-key.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 kube-controller-manager-key.pem kube-controller-manager.pem
- kube-scheduler: 使用 kube-scheduler-key.pem kube-scheduler.pem
我们使用CFSSL来制作证书，它是cloudflare开发的一个开源的PKI工具，是一个完备的CA服务系统，可以签署、撤销证书等，覆盖了一个证书的整个生命周期，后面只用到了它的命令行工具。
注：一般情况下，K8S中证书只需要创建一次，以后在向集群中添加新节点时只要将/etc/kubernetes/ssl目录下的证书拷贝到新节点上即可。
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
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
创建CA证书
创建证书配置文件
字段说明：
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：表示该证书可以签名其他证书；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；
expiry：过期时间
创建CA证书签名请求文件
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
其中ca-key.pem是ca的私钥，ca.csr是一个签署请求，ca.pem是CA证书，是后面kubernetes组件会用到的RootCA。
创建kubernetes证书
在创建这个证书之前，先规划一下架构
k8s-master1 10.211.55.11
k8s-master2 10.211.55.12
k8s-master3 10.211.55.13
etcd01 10.211.55.11
etcd02 10.211.55.12
etcd03 10.211.55.13
VIP 10.211.55.8
创建kubernetes证书签名请求文件
"etcd02",
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。
由于该证书后续被 etcd 集群和 kubernetes master 集群使用，将etcd、master节点的IP都填上，同时还有service网络的首IP。(一般是 kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 网段的第一个IP，如 10.0.0.1)
三个etcd，三个master，以上物理节点的IP也可以更换为主机名。
生成kubernetes证书和私钥
创建admin证书
创建admin证书签名请求文件
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；
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；
注：这个admin 证书，是将来生成管理员用的kube config 配置文件用的，现在我们一般建议使用RBAC 来对kubernetes 进行角色权限控制， kubernetes 将证书中的CN 字段 作为User， O 字段作为 Group
相关权限认证可以参考下面文章
https://mp.weixin.qq.com/s/XIkQdh5gnr-KJhuFHboNag
生成admin证书和私钥
创建kube-proxy证书
创建 kube-proxy 证书签名请求文件
说明：
CN 指定该证书的 User 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；
生成kube-proxy证书和私钥
创建kube-controoler-manager证书
创建 kube-controoler-manager 证书签名请求文件
说明：
CN 为 system:kube-controller-manager、O 为 system:kube-controller-manager，kubernetes 内置的 ClusterRoleBindings system:kube-controller-manager 赋予 kube-controller-manager 工作所需的权限
生成kube-controoller-manager证书和私钥
cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kube-controller-manager-csr.json | cfssljson -bare kube-controller-manager
创建kube-scheduler证书
创建 kube-scheduler 证书签名请求文件
说明：
CN 为 system:kube-scheduler、O 为 system:kube-scheduler，kubernetes 内置的 ClusterRoleBindings system:kube-scheduler 将赋予 kube-scheduler 工作所需的权限。
经过上述操作，我们会用到如下文件
查看证书信息：
cfssl-certinfo -cert kubernetes.pem
在搭建k8s集群的时候，将这些文件分发到至此集群中其他节点机器中即可。至此，TLS证书创建完毕
证书这块知道怎么生成、怎么用即可，建议暂时不必过多研究
