手动轮换 CA 证书

本页展示如何手动轮换证书机构（CA）证书。

Before you begin

你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。 如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：

• Katacoda
• 玩转 Kubernetes

• 要了解 Kubernetes 中用户认证的更多信息，参阅 认证；
• 要了解与 CA 证书最佳实践有关的更多信息，参阅单根 CA。

手动轮换 CA 证书

1. 将新的 CA 证书和私钥（例如：ca.crt、ca.key、front-proxy-ca.crt 和 front-proxy-client.key）分发到所有控制面节点，放在其 Kubernetes 证书目录下。

2. 更新 kube-controller-manager 的 --root-ca-file 标志，使之同时包含老的和新的 CA，之后重启组件。

   自此刻起，所创建的所有服务账号都会获得同时包含老的 CA 和新的 CA 的 Secret。

   Note: kube-controller-manager 标志 --client-ca-file 和 --cluster-signing-cert-file 所引用的文件 不能是 CA 证书包。如果这些标志和 --root-ca-file 指向同一个 ca.crt 包文件（包含老的和新的 CA 证书）， 你将会收到出错信息。 要解决这个问题，可以将新的 CA 证书复制到单独的文件中，并将 --client-ca-file 和 --cluster-signing-cert-file 标志指向该副本。一旦 ca.crt 不再是证书包文件，就可以恢复有问题的标志指向 ca.crt 并删除该副本。

3. 更新所有服务账号令牌，使之同时包含老的和新的 CA 证书。

   如果在 API 服务器使用新的 CA 之前启动了新的 Pod，这些 Pod 也会获得此更新并且同时信任老的和新的 CA 证书。

   base64_encoded_ca="$(base64 -w0 <path to file containing both old and new CAs>)"
   
   for namespace in $(kubectl get ns --no-headers | awk '{print $1}'); do
       for token in $(kubectl get secrets --namespace "$namespace" --field-selector type=kubernetes.io/service-account-token -o name); do
           kubectl get $token --namespace "$namespace" -o yaml | \
             /bin/sed "s/\(ca.crt:\).*/\1 ${base64_encoded_ca}/" | \
             kubectl apply -f -
       done
   done
   

4. 重启所有使用集群内配置的 Pods（例如：kube-proxy、coredns 等），以便这些 Pod 能够使用 来自 ServiceAccount Secret 中的、已更新的证书机构数据。

   • 确保 coredns、kube-proxy 和其他使用集群内配置的 Pod 都正按预期方式工作。

5. 将老的和新的 CA 都追加到 kube-apiserver 配置的 --client-ca-file 和 --kubelet-certificate-authority 标志所指的文件。

6. 将老的和新的 CA 都追加到 kube-scheduler 配置的 --client-ca-file 标志所指的文件。

7. 通过替换 client-certificate-data 和 client-key-data 中的内容，更新用户账号的证书。

   有关为独立用户账号创建证书的更多信息，可参阅 为用户帐号配置证书。

   另外，还要更新 kubeconfig 文件中的 certificate-authority-data 节，使之包含 Base64 编码的老的和新的证书机构数据。

8. 遵循下列步骤执行滚动更新

   1. 重新启动所有其他 被聚合的 API 服务器 或者 Webhook 处理程序，使之信任新的 CA 证书。

   2. 在所有节点上更新 kubelet 配置中的 clientCAFile 所指文件以及 kubelet.conf 中的 certificate-authority-data 并重启 kubelet 以同时使用老的和新的 CA 证书。

      如果你的 kubelet 并未使用客户端证书轮换，则在所有节点上更新 kubelet.conf 中 client-certificate-data 和 client-key-data 以及 kubelet 客户端证书文件（通常位于 /var/lib/kubelet/pki 目录下）

   3. 使用用新的 CA 签名的证书 （apiserver.crt、apiserver-kubelet-client.crt 和 front-proxy-client.crt） 来重启 API 服务器。 你可以使用现有的私钥，也可以使用新的私钥。 如果你改变了私钥，则要将更新的私钥也放到 Kubernetes 证书目录下。

      由于 Pod 既信任老的 CA 也信任新的 CA，Pod 中的客户端会经历短暂的连接断开状态， 之后再连接到使用新的 CA 所签名的证书的新的 API 服务器。

      • 重启调度器以使用新的 CA 证书。
      • 确保控制面组件的日志中没有 TLS 相关的错误信息。
      Note: 要使用 openssl 命令行为集群生成新的证书和私钥，可参阅 证书（openssl）。 你也可以使用cfssl.

   4. 为 Daemonset 和 Deployment 添加注解，从而触发较安全的滚动更新，替换 Pod。

      示例：

      for namespace in $(kubectl get namespace -o jsonpath='{.items[*].metadata.name}'); do
          for name in $(kubectl get deployments -n $namespace -o jsonpath='{.items[*].metadata.name}'); do
              kubectl patch deployment -n ${namespace} ${name} -p '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"ca-rotation": "1"}}}}}';
          done
          for name in $(kubectl get daemonset -n $namespace -o jsonpath='{.items[*].metadata.name}'); do
              kubectl patch daemonset -n ${namespace} ${name} -p '{"spec":{"template":{"metadata":{"annotations":{"ca-rotation": "1"}}}}}';
          done
      done
      

      Note: 要限制应用可能受到的并发干扰数量，可以参阅 配置 Pod 干扰预算.

9. 如果你的集群使用启动引导令牌来添加节点，则需要更新 kube-public 名字空间下的 ConfigMap cluster-info，使之包含新的 CA 证书。

   base64_encoded_ca="$(base64 -w0 /etc/kubernetes/pki/ca.crt)"
   
   kubectl get cm/cluster-info --namespace kube-public -o yaml | \
       /bin/sed "s/\(certificate-authority-data:\).*/\1 ${base64_encoded_ca}/" | \
       kubectl apply -f -
   

10. 验证集群的功能正常

    1. 验证控制面组件的日志，以及 kubelet 和 kube-proxy 的日志，确保其中没有 抛出 TLS 错误，参阅 查看日志.

    2. 验证被聚合的 API 服务器的日志，以及所有使用集群内配置的 Pod 的日志。

11. 完成集群功能的检查之后：

    1. 更新所有的服务账号令牌，使之仅包含新的 CA 证书。

       • 使用集群内 kubeconfig 的 Pod 最终也需要被重启，以获得新的服务账号 Secret 数据，进而不再信任老的 CA 证书。

    2. 从 kubeconfig 文件和 --client-ca-file 以及 --root-ca-file 标志所指向的文件 中去除老的 CA 数据，之后重启控制面组件。

    3. 重启 kubelet，移除 clientCAFile 标志所指向的文件以及 kubelet kubeconfig 文件中 的老的 CA 数据。