使用 Kubernetes CSR 自定义 CA 集成

使用 Kubernetes CSR 自定义 CA 集成

该特性正在积极研发中，目前尚处于 experimental 阶段。

这个特性需要 Kubernetes 版本 >= 1.18。

此任务显示如何提供工作负载证书的自定义证书颁发机构Kubernetes CSR API。这个特性利用了Chiron，一个轻量级组件与Istiod链接，使用 Kubernetes CSR API 签署证书。

这项任务分为两部分。第一部分演示了如何使用 Kubernetes CA 本身来签署工作负载证书。第二部分演示了如何使用与 Kubernetes CSR API 集成的自定义 CA 来为证书签名。

第一部分: 使用 Kubernetes CA

注意，这个示例只用于基本计算。不建议在生产环境中使用 kubernetes.io/legacy-unknown。

使用 Kubernetes CA 部署 Istio

使用 istioctl 在集群上部署 Istio，配置如下。

$ cat <<EOF > ./istio.yaml apiVersion: install.istio.io/v1alpha1 kind: IstioOperator spec: pilot: k8s: env: # Indicate to Istiod that we use a Custom Certificate Authority - name: EXTERNAL_CA value: ISTIOD_RA_KUBERNETES_API # Tells Istiod to use the Kubernetes legacy CA Signer - name: K8S_SIGNER value: kubernetes.io/legacy-unknown EOF $ istioctl install --set profile=demo -f ./istio.yaml
在 bookinfo 命名空间中部署 bookinfo 示例应用程序。确保在 Istio 根目录下执行以下命令。

$ kubectl create ns bookinfo $ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml) -n bookinfo

验证安装的证书是否正确

在部署工作负载时，它们会向 Istiod 发送 CSR 请求，Istiod 将它们转发到 Kubernetes CA 进行签名。如果一切顺利，签名的证书将被发送回安装它们的工作负载。要验证它们是否已由 Kubernetes CA 签名，您需要先提取已签名的证书。

获取在命名空间中运行的所有 pod。

$ kubectl get pods -n bookinfo

为下一步选择任何一个正在运行的 Pod。
获取 Istio 代理用于 mTLS 的证书链和 CA 根证书。

$ istioctl pc secret <pod-name> -o json > proxy_secret

proxy_secret json 文件在 trustedCA 字段中包含 mTLS 的 CA 根证书。请注意，此证书是 base64 编码的。
Kubernetes CA 使用的证书（特别是 kubernetes.io/legacy-unknown）被加载到与 bookinfo 命名空间中的每个服务帐号关联的密钥上。

$ kubectl get secrets -n bookinfo

选择与任何服务帐号关联的 secrets 名称。它们的名称中有一个 “token”。

$ kubectl get secrets -n bookinfo <secret-name> -o json

输出中的 ca.crt 字段包含 base64 编码的 Kubernetes CA 证书。
将上一步获得的 ca.cert 与上一步中 TrustedCA 字段的内容进行比较。这两个应该是一样的。
（可选）按照bookinfo 示例中的其余步骤确保服务之间的通信按预期进行。

Cleanup Part 1

删除 istio-system 和 bookinfo 命名空间：

$ kubectl delete ns istio-system $ kubectl delete ns bookinfo

第二部分: 使用自定义 CA

假设自定义 CA 实现了一个控制器，该控制器具有读取和签署 Kubernetes CSR 请求的必要权限。更多细节请参考Kubernetes CSR 文档。请注意，以下步骤取决于外部源并且可能会发生变化。

在 Kubernetes 集群中部署自定义 CA 控制器

对于此示例，我们使用开源证书颁发机构实现。此代码构建了一个控制器，该控制器读取 Kubernetes 集群上的 CSR 资源并使用本地密钥创建证书。按照页面上的说明进行操作:
1. 构建 Certificate-Controller docker 镜像
2. 将镜像上传到 Docker Registry
3. 生成 Kubernetes manifest 以进行部署
将在上一步中生成的 Kubernetes 清单部署到 signer-ca-system 命名空间中的本地集群上。

$ kubectl apply -f local-ca.yaml

确认所有的服务都在运行。

``` $ kubectl get services -n signer-ca-system NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE signer-ca-controller-manager-metrics-service ClusterIP 10.8.9.25 none 8443/TCP 72s ```

获取 CA 的公钥。这是在 signer-ca-system 命名空间中的 “signer-ca-*” secrets 中编码的。

$ kubectl get secrets signer-ca-5hff5h74hm -o json

tls.crt 字段包含 base64 编码的公钥文件。记录下来以备将来使用。

将 CA 根证书加载到 istiod 可以访问的 secret

将 secret 加载到 istiod 命名空间中。

$ cat <<EOF > ./external-ca-secret.yaml apiVersion: v1 kind: Secret metadata: name: external-ca-cert namespace: istio-system data: root-cert.pem: <tls.cert from the step above> EOF $ kubectl apply -f external-ca-secret.yaml

Istio 需要此步骤来验证工作负载证书是否已由正确的证书颁发机构签名，并将根证书添加到信任包以使 mTLS 正常工作。

部署 Istio

使用 istioctl 在集群上部署 Istio，配置如下。

$ cat <<EOF > ./istio.yaml apiVersion: install.istio.io/v1alpha1 kind: IstioOperator spec: components: base: k8s: overlays: # Amend ClusterRole to add permission for istiod to approve certificate signing by custom signer - kind: ClusterRole name: istiod-istio-system patches: - path: rules[-1] value: | apiGroups: - certificates.k8s.io resourceNames: # Name of k8s external Signer in this example - example.com/foo resources: - signers verbs: - approve pilot: k8s: env: # Indicate to Istiod that we use an external signer - name: EXTERNAL_CA value: ISTIOD_RA_KUBERNETES_API # Indicate to Istiod the external k8s Signer Name - name: K8S_SIGNER value: example.com/foo overlays: - kind: Deployment name: istiod patches: - path: spec.template.spec.containers[0].volumeMounts[-1] value: | # Mount external CA certificate into Istiod name: external-ca-cert mountPath: /etc/external-ca-cert readOnly: true - path: spec.template.spec.volumes[-1] value: | name: external-ca-cert secret: secretName: external-ca-cert optional: true EOF $ istioctl install --set profile=demo -f ./istio.yaml
在 bookinfo 命名空间中部署 bookinfo 示例应用程序。

$ kubectl create ns bookinfo $ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml) -n bookinfo

验证安装的自定义 CA 证书是否正确

在部署工作负载时，它们会向 Istiod 发送 CSR 请求，Istiod 将它们转发到 Kubernetes CA 进行签名。如果一切顺利，签名的证书将被发送回安装它们的工作负载。要验证它们确实已由 Kubernetes CA 签名，您需要首先提取已签名的证书。

获取在命名空间中运行的所有 pod。

$ kubectl get pods -n bookinfo

为下一步选择任何正在运行的 Pod。

获取 Istio 代理用于 mTLS 的证书链和 CA 根证书。

$ istioctl pc secret <pod-name> -o json > proxy_secret

proxy_secret json 文件在 trustedCA 字段中包含 mTLS 的 CA 根证书。请注意，此证书是 base64 编码的。

将上述步骤中获得的 CA 根证书与 external-ca-cert 中的 ”root-cert.pem“ 值进行比较。这两个应该是一样的。
（可选）按照bookinfo 示例中的其余步骤确保服务之间的通信按预期进行。

清理第 2 部分

删除 istio-system 和 bookinfo 命名空间:

$ kubectl delete ns istio-system $ kubectl delete ns bookinfo

使用此功能的原因

增加了安全性 - plugin-ca-cert 或默认的 self-signed 选项不同，启用此功能意味着 CA 私钥不需要存在于 Kubernetes 集群中。
自定义 CA 集成 - 通过在 Kubernetes CSR 请求中指定签名者名称，此功能允许 Istio 使用 Kubernetes CSR API 接口与自定义证书颁发机构集成。这确实需要自定义 CA 来实现一个 Kubernetes 控制器来观察 CertificateSigningRequest 和 Certificate 资源并对其采取行动。

使用 Kubernetes CSR 自定义 CA 集成 *