安全网关

Ingress 流量控制任务描述了如何配置入口网关以向外部公开 HTTP 服务。此任务描述如何使用 TLS 或 mTLS 公开安全的 HTTPS 服务。

Istio 包括了对 Kubernetes Gateway API 的 Beta 支持， 打算未来使其成为流量管理的默认 API。 以下说明指导您在网格中配置流量管理时如何选择使用 Gateway API 或 Istio 配置 API。 请按照您的首选项遵循 Gateway API 或 Istio classic 页签中的指示说明。

请注意，Kubernetes Gateway API CRD 不会默认安装在大多数 Kubernetes 集群上，因此请确保在使用 Gateway API 之前已安装好这些 CRD：

$ kubectl get crd gateways.gateway.networking.k8s.io || \
  { kubectl kustomize "github.com/kubernetes-sigs/gateway-api/config/crd?ref=v0.6.1" | kubectl apply -f -; }

准备工作

• 参考安装指南部署 Istio。

• 部署 httpbin 示例：

  Zip

  $ kubectl apply -f @samples/httpbin/httpbin.yaml@

• 对于 macOS 用户，请验证您是否使用通过 LibreSSL 库编译的 curl：

  $ curl --version | grep LibreSSL
  curl 7.54.0 (x86_64-apple-darwin17.0) libcurl/7.54.0 LibreSSL/2.0.20 zlib/1.2.11 nghttp2/1.24.0

  如果上述命令输出的是如图所示的 LibreSSL 版本，则 curl 命令应按照此任务中的说明正确运行。否则，请尝试使用 curl 的其他实现，例如在 Linux 机器上。

生成客户端和服务器证书和密钥

对于此任务，您可以使用自己喜欢的工具来生成证书和密钥。下面的命令使用 openssl。

1. 创建用于服务签名的根证书和私钥：

   $ mkdir example_certs1
   $ openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -subj '/O=example Inc./CN=example.com' -keyout example_certs1/example.com.key -out example_certs1/example.com.crt

2. 为 httpbin.example.com 创建证书和私钥：

   $ openssl req -out example_certs1/httpbin.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout example_certs1/httpbin.example.com.key -subj "/CN=httpbin.example.com/O=httpbin organization"
   $ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example_certs1/example.com.crt -CAkey example_certs1/example.com.key -set_serial 0 -in example_certs1/httpbin.example.com.csr -out example_certs1/httpbin.example.com.crt

3. 创建第二组相同类型的证书和密钥：

   $ mkdir example_certs2
   $ openssl req -x509 -sha256 -nodes -days 365 -newkey rsa:2048 -subj '/O=example Inc./CN=example.com' -keyout example_certs2/example.com.key -out example_certs2/example.com.crt
   $ openssl req -out example_certs2/httpbin.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout example_certs2/httpbin.example.com.key -subj "/CN=httpbin.example.com/O=httpbin organization"
   $ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example_certs2/example.com.crt -CAkey example_certs2/example.com.key -set_serial 0 -in example_certs2/httpbin.example.com.csr -out example_certs2/httpbin.example.com.crt

4. 为 helloworld.example.com 生成证书和私钥：

   $ openssl req -out example_certs1/helloworld.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout example_certs1/helloworld.example.com.key -subj "/CN=helloworld.example.com/O=helloworld organization"
   $ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example_certs1/example.com.crt -CAkey example_certs1/example.com.key -set_serial 1 -in example_certs1/helloworld.example.com.csr -out example_certs1/helloworld.example.com.crt

5. 生成客户端证书和私钥：

   $ openssl req -out example_certs1/client.example.com.csr -newkey rsa:2048 -nodes -keyout example_certs1/client.example.com.key -subj "/CN=client.example.com/O=client organization"
   $ openssl x509 -req -sha256 -days 365 -CA example_certs1/example.com.crt -CAkey example_certs1/example.com.key -set_serial 1 -in example_certs1/client.example.com.csr -out example_certs1/client.example.com.crt

您可以通过运行以下命令确认您拥有所有需要的文件：

$ ls example_cert*
example_certs1:
client.example.com.crt          example.com.key                 httpbin.example.com.crt
client.example.com.csr          helloworld.example.com.crt      httpbin.example.com.csr
client.example.com.key          helloworld.example.com.csr      httpbin.example.com.key
example.com.crt                 helloworld.example.com.key
example_certs2:
example.com.crt         httpbin.example.com.crt httpbin.example.com.key
example.com.key         httpbin.example.com.csr

配置单机 TLS 入口网关

1. 为 Ingress Gateway 创建 Secret:

   $ kubectl create -n istio-system secret tls httpbin-credential \
     --key=example_certs1/httpbin.example.com.key \
     --cert=example_certs1/httpbin.example.com.crt

2. 配置入口网关：

首先，使用 servers: 为 443 端口定义一个网关，并将 credentialName 的值设置为 httpbin-credential。该值与 Secret 的名称相同。TLS 模式的值应为 SIMPLE。

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway # use istio default ingress gateway
  servers:
  - port:
      number: 443
      name: https
      protocol: HTTPS
    tls:
      mode: SIMPLE
      credentialName: httpbin-credential # must be the same as secret
    hosts:
    - httpbin.example.com
      EOF

接下来，通过定义相应的虚拟服务来配置网关的入口流量路由：

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: httpbin
spec:
  hosts:
  - "httpbin.example.com"
    gateways:
  - mygateway
    http:
  - match:
    - uri:
        prefix: /status
    - uri:
        prefix: /delay
        route:
    - destination:
        port:
          number: 8000
        host: httpbin
        EOF

最后，按照这些说明设置访问网关的 INGRESS_HOST 和 SECURE_INGRESS_PORT 变量。

首先，创建一个 Kubernetes Gateway：

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
  namespace: istio-system
spec:
  gatewayClassName: istio
  listeners:
  - name: https
    hostname: "httpbin.example.com"
    port: 443
    protocol: HTTPS
    tls:
      mode: Terminate
      certificateRefs:
      - name: httpbin-credential
    allowedRoutes:
        namespaces:
        from: Selector
        selector:
          matchLabels:
            kubernetes.io/metadata.name: default
    EOF

接下来，通过定义相应的 HTTPRoute 配置网关的入口流量路由：

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: httpbin
spec:
  parentRefs:
  - name: mygateway
    namespace: istio-system
    hostnames: ["httpbin.example.com"]
    rules:
  - matches:
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /status
    - path:
        type: PathPrefix
        value: /delay
        backendRefs:
    - name: httpbin
      port: 8000
      EOF

最后，从 Gateway 资源中获取网关地址和端口：

$ kubectl wait --for=condition=ready gtw mygateway -n istio-system
$ export INGRESS_HOST=$(kubectl get gtw mygateway -n istio-system -o jsonpath='{.status.addresses[*].value}')
$ export SECURE_INGRESS_PORT=$(kubectl get gtw mygateway -n istio-system -o jsonpath='{.spec.listeners[?(@.name=="https")].port}')

1. 向 httpbin 服务发送 HTTPS 请求：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs1/example.com.crt "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   ...
   HTTP/2 418
   ...
       -=[ teapot ]=-
          _...._
        .'  _ _ `.
       | ."` ^ `". _,
       \_;`"---"`|//
         |       ;/
         \_     _/
           `"""`

   httpbin 服务将返回 418 I’m a Teapot 代码。

2. 通过删除网关的 Secret 然后使用不同的证书和密钥重新创建它来更改网关的凭据：

   $ kubectl -n istio-system delete secret httpbin-credential
   $ kubectl create -n istio-system secret tls httpbin-credential \
     --key=example_certs2/httpbin.example.com.key \
     --cert=example_certs2/httpbin.example.com.crt

3. 使用新的证书链和 curl 来访问 httpbin 服务：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs2/example.com.crt "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   ...
   HTTP/2 418
   ...
       -=[ teapot ]=-
          _...._
        .'  _ _ `.
       | ."` ^ `". _,
       \_;`"---"`|//
         |       ;/
         \_     _/
           `"""`

4. 如果您使用之前的证书链来访问 httpbin，则会失败：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs1/example.com.crt "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   ...
   * TLSv1.2 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
   * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Server hello (2):
   * TLSv1.2 (IN), TLS handshake, Certificate (11):
   * TLSv1.2 (OUT), TLS alert, Server hello (2):
   * curl: (35) error:04FFF06A:rsa routines:CRYPTO_internal:block type is not 01

为多个主机配置 TLS 入口网关

您可以为多个主机（例如 httpbin.example.com 和 helloworld-v1.example.com）配置入口网关。入口网关配置有与每个主机相对应的唯一凭据。

1. 通过删除并使用原始证书和密钥重新创建 Secret 来恢复上一个示例中的 httpbin 凭据：

   $ kubectl -n istio-system delete secret httpbin-credential
   $ kubectl create -n istio-system secret tls httpbin-credential \
     --key=example_certs1/httpbin.example.com.key \
     --cert=example_certs1/httpbin.example.com.crt

2. 启动 helloworld-v1 示例：

   ZipZip

   $ kubectl apply -f @samples/helloworld/helloworld.yaml@ -l service=helloworld
   $ kubectl apply -f @samples/helloworld/helloworld.yaml@ -l version=v1

3. 创建 helloworld-credential Secret：

   $ kubectl create -n istio-system secret tls helloworld-credential --key=helloworld-v1.example.com.key --cert=helloworld-v1.example.com.crt

4. 使用 httpbin.example.com 和 helloworld.example.com 主机配置入口网关：

为 443 端口定义一个具有两个服务器部分的网关。将每个端口上的 credentialName 值分别设置为 httpbin-credential 和 helloworld-credential。将 TLS 模式设置为 SIMPLE。

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway # use istio default ingress gateway
  servers:
  - port:
      number: 443
      name: https-httpbin
      protocol: HTTPS
    tls:
      mode: SIMPLE
      credentialName: httpbin-credential
    hosts:
    - httpbin.example.com
  - port:
      number: 443
      name: https-helloworld
      protocol: HTTPS
    tls:
      mode: SIMPLE
      credentialName: helloworld-credential
    hosts:
    - helloworld.example.com
      EOF

通过定义相应的虚拟服务来配置网关的流量路由。

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: helloworld
spec:
  hosts:
  - helloworld.example.com
    gateways:
  - mygateway
    http:
  - match:
    - uri:
        exact: /hello
        route:
    - destination:
        host: helloworld
        port:
          number: 5000
        EOF

在 443 端口上配置具有两个监听器的 Gateway。将每个端口的监听器的 certificateRefs 的名字分别设置为 httpbin-credential 和 helloworld-credential。

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
  namespace: istio-system
spec:
  gatewayClassName: istio
  listeners:
  - name: https-httpbin
    hostname: "httpbin.example.com"
    port: 443
    protocol: HTTPS
    tls:
      mode: Terminate
      certificateRefs:
      - name: httpbin-credential
        allowedRoutes:
        namespaces:
        from: Selector
        selector:
          matchLabels:
            kubernetes.io/metadata.name: default
  - name: https-helloworld
    hostname: "helloworld.example.com"
    port: 443
    protocol: HTTPS
    tls:
      mode: Terminate
      certificateRefs:
      - name: helloworld-credential
    allowedRoutes:
        namespaces:
        from: Selector
        selector:
          matchLabels:
            kubernetes.io/metadata.name: default
    EOF

为 helloworld 服务配置网关的流量路由：

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: HTTPRoute
metadata:
  name: helloworld
spec:
  parentRefs:
  - name: mygateway
    namespace: istio-system
    hostnames: ["helloworld.example.com"]
    rules:
  - matches:
    - path:
        type: Exact
        value: /hello
        backendRefs:
    - name: helloworld
      port: 5000
      EOF

1. 向 helloworld.example.com 发送 HTTPS 请求：

   $ curl -v -HHost:helloworld.example.com --resolve "helloworld.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs1/example.com.crt "https://helloworld.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/hello"
   ...
   HTTP/2 200
   ...

2. 向 httpbin.example.com 发送一个 HTTPS 请求，仍然返回一个茶壶：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs1/example.com.crt "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   ...
       -=[ teapot ]=-
          _...._
        .'  _ _ `.
       | ."` ^ `". _,
       \_;`"---"`|//
         |       ;/
         \_     _/
           `"""`

配置双向 TLS 入口网关

您可以扩展网关的定义以支持双向 TLS。

1. 通过删除其 Secret 并创建一个新的来更改入口网关的凭据。服务器使用 CA 证书来验证其客户端，我们必须使用名称 cacert 来持有 CA 证书。

   $ kubectl -n istio-system delete secret httpbin-credential
   $ kubectl create -n istio-system secret generic httpbin-credential \
     --from-file=tls.key=example_certs1/httpbin.example.com.key \
     --from-file=tls.crt=example_certs1/httpbin.example.com.crt \
     --from-file=ca.crt=example_certs1/example.com.crt

2. 配置入口网关：

更改网关的定义以将 TLS 模式设置为 MUTUAL。

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway # use istio default ingress gateway
  servers:
  - port:
      number: 443
      name: https
      protocol: HTTPS
    tls:
      mode: MUTUAL
      credentialName: httpbin-credential # must be the same as secret
    hosts:
    - httpbin.example.com
      EOF

因为 Kubernetes Gateway API 目前不支持 Gateway 中的双向 TLS 终止，所以我们使用 Istio 特定的选项 gateway.istio.io/tls-terminate-mode: MUTUAL 来配置它：

$ cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: gateway.networking.k8s.io/v1beta1
kind: Gateway
metadata:
  name: mygateway
  namespace: istio-system
spec:
  gatewayClassName: istio
  listeners:
  - name: https
    hostname: "httpbin.example.com"
    port: 443
    protocol: HTTPS
    tls:
      mode: Terminate
      certificateRefs:
      - name: httpbin-credential
        options:
        gateway.istio.io/tls-terminate-mode: MUTUAL
        allowedRoutes:
        namespaces:
        from: Selector
        selector:
          matchLabels:
            kubernetes.io/metadata.name: default
        EOF

1. 尝试使用之前的方法发送 HTTPS 请求，看看它是如何失败的：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
   --cacert example_certs1/example.com.crt "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   * TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Server hello (2):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Encrypted Extensions (8):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Request CERT (13):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Certificate (11):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, CERT verify (15):
   * TLSv1.3 (IN), TLS handshake, Finished (20):
   * TLSv1.3 (OUT), TLS change cipher, Change cipher spec (1):
   * TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Certificate (11):
   * TLSv1.3 (OUT), TLS handshake, Finished (20):
   * TLSv1.3 (IN), TLS alert, unknown (628):
   * OpenSSL SSL_read: error:1409445C:SSL routines:ssl3_read_bytes:tlsv13 alert certificate required, errno 0

2. 将客户端证书和私钥传递给 curl 并重新发送请求。将带有 --cert 标志的客户证书和带有 --key 标志的私钥传递给 curl：

   $ curl -v -HHost:httpbin.example.com --resolve "httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT:$INGRESS_HOST" \
     --cacert example_certs1/example.com.crt --cert example_certs1/client.example.com.crt --key example_certs1/client.example.com.key \
     "https://httpbin.example.com:$SECURE_INGRESS_PORT/status/418"
   ...
       -=[ teapot ]=-
          _...._
        .'  _ _ `.
       | ."` ^ `". _,
       \_;`"---"`|//
         |       ;/
         \_     _/
           `"""`

更多信息

密钥格式

Istio 支持读取几种不同的 Secret 格式，以支持与各种工具的集成，例如 cert-manager：

• 带有 tls.key 和 tls.crt 的 TLS Secret，如上所述。对于双向 TLS，ca.crt 可以作为密钥。
• 带有 key 和 cert 键的通用 Secret。对于双向 TLS，cacert 可以作为密钥。
• 带有 key 和 cert 键的通用 Secret。对于双向 TLS，名为 <secret>-cacert 的带有 cacert 键的通用 Secret。例如，httpbin-credential 有 key 和 cert，httpbin-credential-cacert 有 cacert。
• cacert 键值可以是一个 CA 捆绑包，由串联的各个 CA 证书组成。

SNI 路由

HTTPS Gateway 将在转发请求之前对其配置的主机执行 SNI 匹配，这可能会导致某些请求失败。有关详细信息，请参阅配置 SNI 路由。

问题排查

• 检查 INGRESS_HOST 和 SECURE_INGRESS_PORT 环境变量的值。根据以下命令的输出，确保它们具有有效值：

  $ kubectl get svc -n istio-system
  $ echo "INGRESS_HOST=$INGRESS_HOST, SECURE_INGRESS_PORT=$SECURE_INGRESS_PORT"

• 检查网关控制器的日志以获取错误消息：

  $ kubectl logs -n istio-system <gateway-service-pod>

• 如果使用 macOS，请验证您使用的是使用 LibreSSL curl 库编译的，如准备工作部分中所述。

• 验证已在 istio-system 命名空间中成功创建 Secret：

  $ kubectl -n istio-system get secrets

  httpbin-credential 和 helloworld-credential 应当显示在 Secret 列表中。

• 检查日志以验证入口网关代理已将密钥/证书对推送到入口网关：

  $ kubectl logs -n istio-system <gateway-service-pod>

  日志应显示 httpbin-credential Secret 已添加。如果使用双向 TLS，那么 httpbin-credential-cacert Secret 也应该出现。验证日志显示网关代理接收到来自入口网关的 SDS 请求，资源的名称是 httpbin-credential，并且入口网关获得了密钥/证书对。如果使用双向 TLS，日志应显示密钥/证书已发送到入口网关，网关代理收到带有 httpbin-credential-cacert 资源名称的 SDS 请求，并且入口网关获得了根证书。

清理

1. 删除网关配置和路由：

$ kubectl delete gateway mygateway
$ kubectl delete virtualservice httpbin helloworld

$ kubectl delete -n istio-system gtw mygateway
$ kubectl delete httproute httpbin helloworld

1. 删除 Secret、证书和密钥：

   $ kubectl delete -n istio-system secret httpbin-credential helloworld-credential
   $ rm -rf ./example_certs1 ./example_certs2

2. 关闭 httpbin 和 helloworld 服务：

   $ kubectl delete -f samples/httpbin/httpbin.yaml
   $ kubectl delete deployment helloworld-v1
   $ kubectl delete service helloworld