使用启动引导令牌（Bootstrap Tokens）认证

概述

启动引导令牌是一种简单的持有者令牌（Bearer Token），这种令牌是在新建集群或者在现有集群中添加新节点时使用的。 它被设计成能够支持 kubeadm，但是也可以被用在其他的案例中以便用户在 不使用 kubeadm 的情况下启动集群。它也被设计成可以通过 RBAC 策略，结合 Kubelet TLS Bootstrapping 系统进行工作。

启动引导令牌被定义成一个特定类型的 secrets(bootstrap.kubernetes.io/token)，并存在于 kube-system 命名空间中。然后这些 secrets 会被 API 服务器上的启动引导的认证器读取。 控制器管理器中的控制器 TokenCleaner 能够删除过期的令牌。在节点发现的过程中 Kubernetes 会使用特殊的 ConfigMap 对象。 控制器管理器中的 BootstrapSigner 控制器也会使用启动引导令牌为这类对象生成签名信息。

目前，启动引导令牌处于 alpha 阶段，但是预期也不会有大的突破性变化。

令牌格式

启动引导令牌使用 abcdef.0123456789abcdef 的形式。 更加规范地说，它们必须符合正则表达式 [a-z0-9]{6}\.[a-z0-9]{16}。

令牌的第一部分是 “Token ID” ，它是公共信息。用于引用某个令牌，并确保不会泄露认证所使用的秘密信息。 第二部分是“令牌秘密（Token Secret）”，它应该被共享给收信的第三方。

启用启动引导令牌

所有与启动引导令牌相关的特性在 Kubernetes v1.6 版本中默认都是禁用的。

你可以在 API 服务器上通过 --enable-bootstrap-token-auth 参数启用启动引导令牌。 你可以设置控制管理器的 --controllers 参数来启用启动引导令牌相关的控制器，例如 --controllers=*,tokencleaner,bootstrapsigner 。 在使用 kubeadm 时，这是自动完成的。

HTTPS 调用中的令牌是这样使用的：

  1. Authorization: Bearer 07401b.f395accd246ae52d

启动引导令牌的密文格式

每个合法的令牌背后对应着 kube-system 命名空间中的某个 Secret 对象。 你可以从 这里 找到完整设计文档。

这是 secret 看起来的样子。注意，base64(string) 表示应该通过 base64 对值进行编码。 这里使用的是未解码的版本以便于阅读。

  1. apiVersion: v1
  2. kind: Secret
  3. metadata:
  4.   name: bootstrap-token-07401b
  5.   namespace: kube-system
  6. type: bootstrap.kubernetes.io/token
  7. data:
  8.   description: base64(The default bootstrap token generated by 'kubeadm init'.)
  9.   token-id: base64(07401b)
  10.   token-secret: base64(f395accd246ae52d)
  11.   expiration: base64(2017-03-10T03:22:11Z)
  12.   usage-bootstrap-authentication: base64(true)
  13.   usage-bootstrap-signing: base64(true)

secret 的类型必须是 bootstrap.kubernetes.io/token ，而且名字必须是 bootstrap-token-<token id>。 description 是人类可读的描述，而不应该是机器可读的信息。令牌 ID 和 Secret 是包含在数据字典中的。

usage-bootstrap-* 成员表示这个 secret 的用途。启用时，值必须设置为 true。

usage-bootstrap-authentication 表示令牌可以用于 API 服务器的认证。认证器会以 system:bootstrap:<Token ID> 认证。它被包含在 system:bootstrappers 组中。 命名和组是故意受限制的，以防止用户在启动引导后再使用这些令牌。

usage-bootstrap-signing 表示令牌应该被用于 cluster-info ConfigMap 的签名，就像下面描述的那样。

expiration 数据成员显示了令牌在失效后到现在的时间。这是遵循 RFC3339 进行编码的 UTC 时间。 TokenCleaner 控制器会删除过期的令牌。

使用 kubeadm 管理令牌

你可以使用 kubeadm 工具管理正在运行集群的令牌。它会从 kubeadm 创建的集群（/etc/kubernetes/admin.conf） 自动抓取默认管理员密码。你可以通过参数 --kubeconfig 对下面命令指定一个另外的 kubeconfig 文件抓取密码。

  • kubeadm token list 列举了令牌，同时显示了它们的过期时间和用途。
  • kubeadm token create 创建一个新令牌。
    • --description 设置新令牌的描述。
    • --ttl duration 设置令牌从“现在”起到过期时间的差值。 默认是 0 ，也就是不过期。
    • --usages 设置令牌被使用的方式。默认是 signing,authentication。用途在上面已经描述。
  • kubeadm token delete <token id>|<token id>.<token secret> 删除令牌。 令牌可以只用 ID 来确认，也可以用整个令牌的值。如果只用 ID 的情况下，密文不匹配的令牌也会被删除。

ConfigMap 签名

除了认证之外，令牌可以用于签名 ConfigMap。这在集群启动过程的早期，在客户端信任 API 服务器之前被使用。 被签名的 ConfigMap 可以通过共享令牌被认证。

被签名的 ConfigMap 是 cluster-info，存在于 kube-public 命名空间中。 典型的工作流中，客户端在未经认证和忽略 TLS 报错的状态下读取这个 ConfigMap。 通过 ConfigMap 中嵌入的签名校验 ConfigMap 的载荷。

ConfigMap 会是这个样子的：

  1. apiVersion: v1
  2. kind: ConfigMap
  3. metadata:
  4.   name: cluster-info
  5.   namespace: kube-public
  6. data:
  7.   jws-kubeconfig-07401b: eyJhbGciOiJIUzI1NiIsImtpZCI6IjA3NDAxYiJ9..tYEfbo6zDNo40MQE07aZcQX2m3EB2rO3NuXtxVMYm9U
  8.   kubeconfig: |
  9.     apiVersion: v1
  10.     clusters:
  11.     - cluster:
  12.         certificate-authority-data: <really long certificate data>
  13.         server: https://10.138.0.2:6443
  14.       name: ""
  15.     contexts: []
  16.     current-context: ""
  17.     kind: Config
  18.     preferences: {}
  19.     users: []

ConfigMap 的 kubeconfig 成员是一个填好了集群信息的配置文件。 这里主要交换的信息是 certificate-authority-data。在将来可能会有扩展。

签名是一个 JWS 签名，使用了 “detached” 模式。为了检验签名，用户应该按照 JWS 规则 （base64 编码而忽略结尾的 =）对 kubeconfig 的载荷进行编码。完成编码的载荷会被通过插入 JWS 并存在于两个点的中间 ，用于形成一个完整的 JWS。可以使用令牌的完整信息（比如 07401b.f395accd246ae52d）作为共享密钥， 通过 HS256 方式 (HMAC-SHA256) 对 JWS 进行校验。 用户 必须 确保使用了 HS256。