Kubernetes TLS相关知识

文章楔子

Kubernetes内部所有组件间的通信都进行了双向验证，即服务端要确保客户端的身份可信，客户端也要确认服务端的身份可信。而这种信任是围绕三个根证书kubernetes-ca, etcd-ca, kubernetes-front-proxy-ca)，以及由这三个根证书签发的多种服务端证书和客户端证书建立的。本文将简单介绍Kubernetes内部如何使用这些证书建立信任链。

证书

什么是证书

证书这个名词具有一定的误导性，严格的说，数字证书指的是证书和其私钥，也即我们所知道的cert + key。cert与key文件中各包含了一组非对称密钥的一半，使用key私钥加密过的数据，经由cert中的公钥即可解密。但是须知cert文件中并不只有公钥，还有明文存储的证书信息、签名等信息，以及用于校验这段明文内容的循环校验值，以确保这些值不会被没有私钥的中间人轻易修改。因此cert同时兼备了公钥，和传达对端信息（加密算法，身份，地址，CA机构等）的作用。

kubernetes中的证书

关于Kubernetes中各个证书的作用以及使用该证书的程序的详细信息，和可以查看该表格。

根证书 CA

什么是CA

CA是用来签发证书的根证书，CA与普通证书本质上是相同的，CA与普通证书有一样的字段和扩展字段，一样的加密算法，也一样有cert和key两个文件。它们本质上是完全一样的。不同之处仅仅在于我们使用它的场合，我们既可以拿CA当证书用，也可以拿证书当CA用，但我们通常只用证书作证书，然后管为其他证书签名的那个证书叫CA。

所以我以为CA(Certificate Authority)其实应该叫Authority Certificate，因为最终CA本质上还是一个数字证书。

如何使用CA

同时拥有CA的cert和key文件的用户，能够验证某个证书是否包含本CA的签名，也能够使用该CA为一个证书签名，这会将该证书的CA机构字段值设置为该CA。

而只有CA的cert文件的用户则只能验证某个证书是否被本CA签名过。假设有CA的cert文件ca.crt，以及一个由该CA证书签名的证书的cert文件server.crt，下面的命令可以验证server.crt是否是由ca.crt所属的CA证书签名过的证书。

$ openssl verify -CAfile ca.crt server.crt
server.crt: OK

Kubernetes中的根证书

一个标准的Kubernetes集群中有三种根证书，如果你使用kubeadm部署kubernetes集群，这三种根证书可以在/etc/kubernetes/pki中找到：

file	Default CN	description
ca.crt, ca.key	kubernetes-ca	一般用途的Kubernetes CA
etcd/ca.crt, etcd/ca.key	etcd-ca	专用于与etcd相关功能的CA
front-proxy-ca.crt, front-proxy-ca.key	kubernetes-front-proxy-ca	专用于front-end proxy的CA

注意其中的Default CN值可以自定义。在1.13版本的kubeadm部署的kubernetes集群中，它们分别为kubernetes, etcd-cah和front-proxy-ca。查看CA的CN值的命令如下：

$ # 使用openssl工具
$ openssl x509 -text -noout -in /etc/kubernetes/pki/ca.crt|grep CN
        Issuer: CN = kubernetes
        Subject: CN = kubernetes

$ # 也可以使用go语言编写的cfssl工具查看。
$ cfssl-certinfo -cert /etc/kubernetes/pki/ca.crt
 {
   "subject": {
     "common_name": "kubernetes",
     "names": [
       "kubernetes"
     ]
   },
   "issuer": {
     "common_name": "kubernetes",
     "names": [
       "kubernetes"
     ]
   },
   "serial_number": "0",
   "not_before": "2019-02-13T01:12:38Z",
   "not_after": "2029-02-10T01:12:38Z",
   "sigalg": "SHA256WithRSA",
   "authority_key_id": "",
   "subject_key_id": ""
   "pem": "......"
 }

Kubeadm部署的kubernetes集群所使用的所有证书均由这三个根证书签发而来。