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为 KubeSphere 集群启用免费的泛域名 SSL 证书并实现证书自动更新和分发

时间:2023-02-19 22:24:01 | 来源:建站知识

时间:2023-02-19 22:24:01 来源:建站知识

为 KubeSphere 集群启用免费的泛域名 SSL 证书并实现证书自动更新和分发:
作者:scwang18,主要负责技术架构,在容器云方向颇有研究。

前言

KubeSphere 集群默认安装的证书是自签发证书,浏览器访问访问会发出安全提醒。本文记录了利用 let's encrytp 泛域名证书实现 Kubernetes 集群外部服务自动证书配置和证书到期自动更新,支持 HTTPS 访问。我们还部署了证书自动分发组件,实现证书文件自动分发到其他 namespace 。

架构

在 KubeSphere 集群中使用 HTTPS 协议,需要一个证书管理器、一个证书自动签发服务

cert-manager 是一个云原生证书管理开源项目,用于在 KubeSphere 集群中提供 HTTPS 证书并自动续期,支持 Let’s Encrypt, HashiCorp Vault 这些免费证书的签发。在 KubeSphere 集群中,我们可以通过 Kubernetes Ingress 和 Let’s Encrypt 实现外部服务的自动化 HTTPS。



Issuers/ClusterIssuers:定义使用什么证书颁发机构 (CA) 来去颁发证书,Issuers 和 ClusterIssuers 区别是: issuers 是一个名称空间级别的资源,只能用来签发自己所在 namespace 下的证书,ClusterIssuer 是个集群级别的资源 可以签发任意 namespace 下的证书

Certificate:定义所需的 X.509 证书,该证书将更新并保持最新。Certificate 是一个命名空间资源,当 Certificate 被创建时,它会去创建相应的 CertificateRequest 资源来去申请证书。

安装证书管理器

安装证书管理器比较简单,直接执行以下脚本就可以了。

$ kubectl create ns cert-manager$ helm uninstall cert-manager -n cert-manager$ helm install cert-manager jetstack/cert-manager / -n cert-manager / --version v1.8.0 / --set installCRDs=true / --set prometheus.enabled=false / --set 'extraArgs={--dns01-recursive-nameservers-only,--dns01-recursive-nameservers=119.29.29.29:53/,8.8.8.8:53}'

选择证书颁发者

cert-manager 支持以下几种证书颁发者:

我们选择使用 ACME 来颁发证书。

选择证书校验方式

常用的校验方式有 HTTP-01 、DNS-01 。

DNS-01 校验原理

DNS-01 的校验原理是利用 DNS 提供商的 API Key 拿到 DNS 控制权限, 在 Let’s Encrypt 为 ACME 客户端提供令牌后,ACME 客户端 (cert-manager) 将创建从该令牌和我的帐户密钥派生的 TXT 记录,并将该记录放在 _acme-challenge。 然后 Let’s Encrypt 将向 DNS 系统查询该记录,如果找到匹配项,就可以颁发证书。此方法支持泛域名证书。

HTTP-01 校验原理

HTTP-01 的校验原理是给域名指向的 HTTP 服务增加一个临时 location ,Let’s Encrypt 会发送 HTTP 请求到 http:///.well-known/acme-challenge/,参数中 YOUR_DOMAIN 就是被校验的域名,TOKEN 是 ACME 协议的客户端负责放置的文件,ACME 客户端就是 cert-manager,它通过修改或创建 Ingress 规则来增加这个临时校验路径并指向提供 TOKEN 的服务。Let’s Encrypt 会对比 TOKEN 是否符合预期,校验成功后就会颁发证书。此方法仅适用于给使用 Ingress 暴露流量的服务颁发证书,不支持泛域名证书。

优劣对比

HTTP-01 的校验方式的优点是: 配置简单通用,不管使用哪个 DNS 提供商都可以使用相同的配置方法;缺点是:需要依赖 Ingress,如果服务不是通过 Ingress 暴露的就不适用,而且不支持泛域名证书。

DNS-01 的校验方式的优点是没有 HTTP-01 校验方式缺点,不依赖 Ingress,也支持泛域名;缺点就是不同 DNS 提供商的配置方式不一样,而且只有 cert-manager 支持的 DNS 提供商才可以选择这种方式。

Cert-manager 支持使用外部 webhook 的接入 DNS 提供商,正好公司使用腾讯云的 DNSPOD 属于支持的行列。我们可以选择 DNS-01 。

HTTP-01 配置示例

这个配置示例仅供参考,使用这种方式,有多少的 Ingress 服务,就需要申请多少张证书,比较麻烦,但是配置较为简单,不依赖 DNS 服务商。

1. 创建 CA 群集证书颁发者

证书管理器需要 Issuer 或 ClusterIssuer 资源,才能颁发证书。 这两种 Kubernetes 资源的功能完全相同,区别在于 Issuer 适用于单一命名空间,而 ClusterIssuer 适用于所有命名空间。

# ClusterIssuer.yamlapiVersion: cert-manager.io/v1kind: ClusterIssuermetadata: name: letsencryptspec: acme: email: scwang18@xxx.xxx server: https://acme-v02.api.letsencrypt.org/directory privateKeySecretRef: name: issuer-account-key solvers: - http01: ingress: class: nginx说明:

$ kubectl apply -f ClusterIssuer.yaml -n cert-manager执行成功后,会将申请的证书文件放置在 issuer-account-key 这个 Secret 中。

查看证书是否自动创建成功:

$ kubectl -n infra get certificate

2. 在 Ingress 中使用上步申请到的 SSL 证书

# ingreess-wikijs.yamlapiVersion: networking.k8s.io/v1kind: Ingressmetadata: annotations: cert-manager.io/cluster-issuer: letsencrypt nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: "0" name: ingress-wikijsspec: ingressClassName: nginx rules: - host: wiki.xxx.xxx http: paths: - backend: service: name: wikijs port: number: 3000 path: / pathType: Prefix tls: - hosts: - wikijs.xxx.xxx secretName: ingress-wikijs-tls
注意:在 annotations 里 设置 cert-manager.io/cluster-issuer 为签名创建的集群证书颁发者 letsencrypt

使用 yaml 文件创建 ingress 后,就可以使用该 Ingress 对外提供 HTTPS 服务了。

# 执行创建 ingresskubectl apply -f ingress-wikijs.yaml -n infra

DNS01 配置示例

使用这种方式需要 DNS 服务商支持通过 API 创建 DNS 记录,正好我的 DNS 服务商是腾讯云 dnspod 支持,因此在我们的及群里,最终采用了这种方式。

这个方式的配置会比较麻烦,踩了很久的坑,主要是因为我的集群启用了本地 DNS 服务器,默认 cert-manager 会通过本地 DNS 服务器去验证通过 API 创建的 DNS txt 记录,会一直检查不到新增的 txt 记录,造成在 challenge 阶段就一直 pendding。解决方案附后。

1. 在 dnspod 创建 API ID 和 API Token

参考腾讯云官方文档(https://support.dnspod.cn/Kb/showarticle/tsid/227/)记录下创建的 API ID 和 API Token (加码处理,需要自行获取自己的 API ID 和 API Token)。

AKIDVt3z4uVss11xjIdmddgMmHXXssssHp9D2buxrWR8SekbG2gqdflQs5xxxviGagX8TYO

2. 安装 cert-manager-webhook-dnspod

使用 helm 安装 roc/cert-manager-webhook-dnspod。

$ helm repo add roc https://charts.imroc.cc$ helm uninstall cert-manager-webhook-dnspod -n cert-manager$ helm install cert-manager-webhook-dnspod roc/cert-manager-webhook-dnspod / -n cert-manager / --set clusterIssuer.secretId=AKIDVt3z4uVss11xjIdmddgMmHXXssssHp9D2buxrWR8 / --set clusterIssuer.secretKey=SekbG2gqdflQs5xxxviGagX8TYO / --set clusterIssuer.email=xxx@xxx.xxx

3. 创建泛域名证书

# ipincloud-crt.yamlapiVersion: cert-manager.io/v1kind: Certificatemetadata: name: ipincloud-crtspec: secretName: ipincloud-crt issuerRef: name: dnspod kind: ClusterIssuer group: cert-manager.io dnsNames: - "*.xxx.xxx"创建集群证书颁发者:

$ kubectl apply -f ipincloud-crt.yaml -n infra

4. 验证证书

查看证书是否创建成功:

$ kubectl get Certificate -n cert-managerNAME READY SECRET AGEcert-manager-webhook-dnspod-ca True cert-manager-webhook-dnspod-ca 18mcert-manager-webhook-dnspod-webhook-tls True cert-manager-webhook-dnspod-webhook-tls 18mipincloud-crt True ipincloud-crt 3m12s以上可以看出 ipincloud-crt 已经创建成功, READY 状态也是 True。

查看证书对应的域名:

$ kubectl describe Certificate ipincloud-crt -n cert-managerName: ipincloud-crtNamespace: cert-managerLabels: <none>Annotations: <none>API Version: cert-manager.io/v1Kind: CertificateMetadata: Creation Timestamp: 2022-05-07T14:19:07Z ...Spec: Dns Names: *.xxx.xxx Issuer Ref: Group: cert-manager.io Kind: ClusterIssuer Name: dnspod Secret Name: ipincloud-crtStatus: Conditions: Last Transition Time: 2022-05-07T14:19:14Z Message: Certificate is up to date and has not expired Observed Generation: 1 Reason: Ready Status: True Type: Ready Not After: 2022-08-05T13:19:11Z Not Before: 2022-05-07T13:19:12Z Renewal Time: 2022-07-06T13:19:11Z Revision: 1Events: Type Reason Age From Message ---- ------ ---- ---- ------- Normal Issuing 4m35s cert-manager-certificates-trigger Issuing certificate as Secret does not exist Normal Generated 4m35s cert-manager-certificates-key-manager Stored new private key in temporary Secret resource "ipincloud-crt-4ml59" Normal Requested 4m35s cert-manager-certificates-request-manager Created new CertificateRequest resource "ipincloud-crt-r76wp" Normal Issuing 4m28s cert-manager-certificates-issuing The certificate has been successfully issued 从 Certificate 的描述信息可以看到,这个证书是对应所有 *.xxx.xxx 的泛域名。

查看证书内容:

$ kubectl describe secret ipincloud-crt -n cert-managerName: ipincloud-crtNamespace: cert-managerLabels: <none>Annotations: cert-manager.io/alt-names: *.xxx.xxx cert-manager.io/certificate-name: ipincloud-crt cert-manager.io/common-name: *.xxx.xxx cert-manager.io/ip-sans: cert-manager.io/issuer-group: cert-manager.io cert-manager.io/issuer-kind: ClusterIssuer cert-manager.io/issuer-name: dnspod cert-manager.io/uri-sans: Type: kubernetes.io/tlsData====tls.crt: 5587 bytestls.key: 1675 bytesTLS 证书保存在 cert-manager 命名空间里的 ipincloud-crt secret。可以供所有 ``*.http://xxx.xxx` 的服务使用。

其他

这个过程中,遇到最大的坑是:我的集群使用了自建的 DNS 服务器,默认 cert-manager 会使用这个集群的自建 DNS SERVER 进行证书发行的验证,虽然通过调用 dnspod 的 webook 在 腾讯云 DNS 服务器上创建的 _acme-challenge 握手数据,但是在我的自建 DNS 里是查不到的,所以会一直卡 pending 状态。

$ kubectl get challenge -ANAMESPACE NAME STATE DOMAIN AGEcert-manager ipincloud-crt-f9kp6-381578565-136350475 pending xxx.xxx 24s查看原因是:

Waiting for DNS-01 challenge propagation: DNS record for "xxx.xxx" not yet

$ kubectl -n cert-manager describe challenge ipincloud-crt-f9kp6-381578565-136350475Name: ipincloud-crt-f9kp6-381578565-136350475Namespace: cert-managerLabels: <none>Annotations: <none>API Version: acme.cert-manager.io/v1Kind: Challenge---中间略---Status: Presented: true Processing: true Reason: Waiting for DNS-01 challenge propagation: DNS record for "xxx.xxx" not yet propagated State: pendingEvents: Type Reason Age From Message ---- ------ ---- ---- ------- Normal Started 41s cert-manager-challenges Challenge scheduled for processing Normal Presented 39s cert-manager-challenges Presented challenge using DNS-01 challenge mechanism查了很多资料,在官网上找到解决方案。办法是让 cert-manager 强制使用指定的 DNS 服务器进行握手验证。

我是用的是 helm 安装 cert-manager,所以添加一下 set 参数。

--set 'extraArgs={--dns01-recursive-nameservers-only,--dns01-recursive-nameservers=119.29.29.29:53/,8.8.8.8:53}' 参考文档:https://cert-manager.io/docs/configuration/acme/dns01/#setting-nameservers-for-dns01-self-check

配置证书复制到其他 namespace

安装 kubed

$ helm repo add appscode https://charts.appscode.com/stable/$ helm repo update$ helm install kubed appscode/kubed / --version v0.13.2 / --namespace cert-manager

修改 Certificated 文件

为 certificated 对象设置 secretTemplate, 设置需要同步到哪些 namespace。

# ipincloud-crt.yamlapiVersion: cert-manager.io/v1kind: Certificatemetadata: name: ipincloud-crtspec: secretName: ipincloud-crt issuerRef: name: dnspod kind: ClusterIssuer group: cert-manager.io dnsNames: - "*.xxx.xxx" secretTemplate: annotations: kubed.appscode.com/sync: "cert-manager-tls=ipincloud-crt"

给需要同步的目标 namespace 打 label

上一步的 secretTemplate 里指定了同步的目标 namespace 的 label 过滤条件 cert-manager-tls=ipincloud-crt , 因此,我们需要对接收同步 secret 的 namespace 打上相应的 label。

$ kubectl label ns default cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns app cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns dev-app cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns dev-infra cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns dev-wly cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns infra cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns istio-system cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns uat-app cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns uat-wly cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns wly cert-manager-tls=ipincloud-crt$ kubectl label ns kubesphere-controls-system cert-manager-tls=ipincloud-crt

查看是否复制成功

查看目标 namespace 是否复制 secret 成功。

$ kubectl get secret ipincloud-crtNAME TYPE DATA AGEipincloud-crt kubernetes.io/tls 2 18m查看复制的 secret ,可以看到 label 信息中记录了证书来源信息。

$ kubectl describe secret ipincloud-crtName: ipincloud-crtNamespace: defaultLabels: kubed.appscode.com/origin.cluster=unicorn kubed.appscode.com/origin.name=ipincloud-crt kubed.appscode.com/origin.namespace=cert-managerAnnotations: cert-manager.io/alt-names: *.xxx.xxx cert-manager.io/certificate-name: ipincloud-crt cert-manager.io/common-name: *.xxx.xxx cert-manager.io/ip-sans: cert-manager.io/issuer-group: cert-manager.io cert-manager.io/issuer-kind: ClusterIssuer cert-manager.io/issuer-name: dnspod cert-manager.io/uri-sans: kubed.appscode.com/origin: {"namespace":"cert-manager","name":"ipincloud-crt","uid":"b4713633-731e-4151-844f-0f6d9cf6352c","resourceVersion":"12531075"}Type: kubernetes.io/tlsData====tls.crt: 5587 bytestls.key: 1675 bytes

使用 TLS 证书配置 Ingress

设置 Ingress

kind: IngressapiVersion: networking.k8s.io/v1metadata: name: wikijs namespace: infra annotations: nginx.ingress.kubernetes.io/proxy-body-size: '0'spec: ingressClassName: nginx tls: - hosts: - wiki.xxx.xxx secretName: ipincloud-crt rules: - host: wiki.xxx.xxx http: paths: - path: / pathType: ImplementationSpecific backend: service: name: wikijs port: number: 3000

测试

以上配置完成后,就可以使用 HTTPS 来访问新的 wiki.js 服务了。

$ curl -I https://wiki.xxx.xxxHTTP/1.1 302 FoundDate: Sat, 07 May 2022 14:52:39 GMTContent-Type: text/plain; charset=utf-8Content-Length: 28Connection: keep-aliveX-Frame-Options: denyX-XSS-Protection: 1; mode=blockX-Content-Type-Options: nosniffX-UA-Compatible: IE=edgeReferrer-Policy: same-originContent-Language: zhSet-Cookie: loginRedirect=%2F; Max-Age=900; Path=/; Expires=Sat, 07 May 2022 15:07:39 GMTLocation: /loginVary: Accept, Accept-EncodingStrict-Transport-Security: max-age=15724800; includeSubDomains如上所示,就是成功启动了 HTTPS 。

参考

关键词:证书,实现,分发,更新,启用,免费

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