Kubernetes 集群中的证书管理

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在 Kubernetes 集群中，证书是用来加密通讯和验证身份的重要组件。证书的管理不仅是集群安全的一部分，也是部署流程中必须的环节。本文将介绍 Kubernetes 集群中的证书管理细节，包括证书相关的操作和示例代码。

证书

证书由公钥和私钥共同组成。公钥被放在证书中，私钥则由证书所属的主体持有。集群中，一个证书管理许多相关的私钥和公钥。

Certification Authority(CA)

在 Kubernetes 集群中会有一个 CA（CA=Certification Authority，证书颁发机构）。CA 颁发的证书是集群中所有组件进行 https 通讯时所使用的密钥对的公钥。

Server Certificate

Server Certificate 是通过 CA 颁发的服务器证书，它包含了用于验证服务端身份的公钥。该证书在 Kubernetes 中用于加密内部组件间的通讯，如 etcd，kube-apiserver。

Client Certificate

Client Certificate 用于验证客户端身份，通常作为一种身份验证的手段。在 Kubernetes 中，client certificate 主要用于 kubectl 命令向 kube-apiserver 发起的请求鉴权。

证书的生命周期

证书的生命周期包含发放、存储和失效。通常证书的生命周期取决于应用或公司的策略，并受到各种审计和合规要求的监管。

发放

CA 会向某个实体签发证书。这通常涉及到验证申请者的身份和所有权。这个过程生成了私钥和公钥，私钥由证书持有者保管，公钥插入证书。

存储

证书存在于 Kubernetes 集群的 etcd 存储中，并且必须加密存储以确保安全。

失效

证书需要定期失效或者在某些情况下被立刻注销，比如涉及到证书泄露或自然失效。在 Kubernetes 集群中，证书的失效通常有以下手段：

定期失效：通过设置证书的过期时间来定期失效。
Revocation：在不确定客户端证书是否有效的情况下，可以注销证书。TBD: Revocation 是通过 OCSP 实现的。Kubernetes 的证书管理不支持 OCSP，需要集成外部的 OCSP 适配器。

Kubernetes 中的证书管理

Kubernetes 中的证书管理由 kube-apiserver 组件自动完成。Kubernetes Certificate Signing Request (CSR) API 对象持有证书请求并在申请者获得集群管理员的审批后，由CA颁发实际的证书。

Certificates API

证书 API 定义了在 Kubernetes 中管理证书的规范。其中包括以下对象：

CertificateSigningRequest
CertificateSigningRequestList
CertificateSigningRequestSpec
CertificateSigningRequestStatus

其中，CertificateSigningRequestSpec 描述了证书请求的详细信息，例如证书类型，请求中的主体信息，请求的有效时间等等。CertificateSigningRequestStatus 则记录了证书请求的当前状态，以及证书的颁发、拒绝或暂停颁发等信息。

certificates.k8s.io 群组下的 CSR API 可能需要扩展支持特定的证书请求场景和证书属性，但是这个 API 是必要的，因为它可以作为 Kubernetes 以外的工具中与 Kubernetes 进行证书通信的标准。

如果需要更精细的证书管理，可以考虑使用 Kubernetes 中的证书管理工具（Cipher，cert-manager等），或自己实现。

示例

以下是一个使用 Kubernetes Certificate Signing Requests API 发起证书请求的例子。

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其中，request 字段是通过 openssl req -out CSR_FILENAME 命令生成的：

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结论

证书管理是 Kubernetes 集群中必须的一部分。Kubernetes 提供了 CertificateSigningRequest API 对象，用于定义证书请求和证书的生命周期。对于企业应用，通常需要根据不同的策略和合规要求来定义证书的过期和管理方案。Kubernetes 中的证书管理工具可以帮助用户管理证书。

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