PKI/TLS 工具之CFSSL —— 筑梦之路

CFSSL是CloudFlare公司提供的PKI/TLS工具，是一组使用Go语言开发的开源工具。CloudFlare公司的主营业务之一就是提供网络安全服务，在开源CFSSL的时候就宣称他们所有的TLS证书都使用了CFSSL工具。

证书的管理涉及很多方面比如证书链，对于很多运维管理者来说都是很繁琐的事情，CFSSL的目标之一就是为了解决证书管理在性能、兼容性以及安全性的问题。

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CA(Certification Authority)证书，指的是权威机构给我们颁发的证书。

密钥就是用来加解密用的文件或者字符串。密钥在非对称加密的领域里，指的是私钥和公钥，他们总是成对出现，其主要作用是加密和解密。常用的加密强度是2048bit。

RSA即非对称加密算法。非对称加密有两个不一样的密码，一个叫私钥，另一个叫公钥，用其中一个加密的数据只能用另一个密码解开，用自己的都解不了，也就是说用公钥加密的数据只能由私钥解开。

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PEM(Privacy Enhanced Mail)，通常用于数字证书认证机构（Certificate Authorities，CA），扩展名为.pem, .crt, .cer, 和 .key。内容为Base64编码的ASCII码文件，有类似的头尾标记服务器认证证书。

中级认证证书和私钥都可以储存为PEM格式（认证证书其实就是公钥）。Apache和nginx等类似的服务器使用PEM格式证书。

DER(Distinguished Encoding Rules)，与PEM不同之处在于其使用二进制而不是Base64编码的ASCII。扩展名为.der，但也经常使用.cer用作扩展名，所有类型的认证证书和私钥都可以存储为DER格式。Java是其典型使用平台。

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CSR(Certificate Signing Request)，它是向CA机构申请数字×××书时使用的请求文件。在生成请求文件前，我们需要准备一对对称密钥。私钥信息自己保存，请求中会附上公钥信息以及国家，城市，域名，Email等信息，CSR中还会附上签名信息。当我们准备好CSR文件后就可以提交给CA机构，等待他们给我们签名，签好名后我们会收到crt文件，即证书。

注意：CSR并不是证书。而是向权威证书颁发机构获得签名证书的申请。

把CSR交给权威证书颁发机构,权威证书颁发机构对此进行签名,完成。保留好CSR,当权威证书颁发机构颁发的证书过期的时候,你还可以用同样的CSR来申请新的证书,key保持不变。

常用子命令：

bundle: 创建包含客户端证书的证书包
genkey: 生成一个key(私钥)和CSR(证书签名请求)
scan: 扫描主机问题
revoke: 吊销证书
certinfo: 输出给定证书的证书信息， 跟cfssl-certinfo 工具作用一样
gencrl: 生成新的证书吊销列表
selfsign: 生成一个新的自签名密钥和 签名证书
print-defaults: 打印默认配置，这个默认配置可以用作模板
serve: 启动一个HTTP API服务
gencert: 生成新的key(密钥)和签名证书
-ca：指明ca的证书
-ca-key：指明ca的私钥文件
-config：指明请求证书的json文件
-profile：与-config中的profile对应，是指根据config中的profile段来生成证书的相关信息
ocspdump: 从cert db 中的所有 OCSP 响应中生成一系列连贯的 OCSP 响应，供 ocspserve 使用
ocspsign: 为给定的CA、Cert和状态签署OCSP响应。返回一个base64编码的OCSP响应
info: 获取有关远程签名者的信息
sign: 签名一个客户端证书，通过给定的CA和CA密钥，和主机名
ocsprefresh: 用所有已知未过期证书的新OCSP响应刷新ocsp_responses表。
ocspserve: 设置一个HTTP服务器，处理来自文件或直接来自数据库的OCSP请求（见RFC 5019）。

常用命令：

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca ## 初始化ca
cfssl gencert -initca -ca-key key.pem ca-csr.json | cfssljson -bare ca ## 使用现有私钥, 重新生成
cfssl certinfo -cert ca.pem
cfssl certinfo -csr ca.csr

使用CFSSL创建CA认证步骤

1、创建认证中心(CA)

cfssl可以创建一个获取和操作证书的内部认证中心。运行认证中心需要一个CA证书和相应的CA私钥。任何知道私钥的人都可以充当CA来颁发证书。因此，私钥的保护至关重要，这里我们以k8s所需的证书来实践一下：

cfssl print-defaults config > config.json # 默认证书策略配置模板

cfssl print-defaults csr > csr.json #默认csr请求模板

结合自身的要求，修改证书请求文件csr.json,证书10年

{
 "CN": "kubernetes",
 "key": {
   "algo": "rsa",
   "size": 2048
},
 "names": [
  {
     "C": "CN",
     "ST": "BeiJing",
     "L": "BeiJing",
     "O": "k8s",
     "OU": "System"
  }
  ],
  "ca": {
   "expiry": "87600h"
}
}

参数说明：

"CN"：Common Name，kube-apiserver 从证书中提取该字段作为请求的用户名 (User Name)
"O"：Organization，kube-apiserver从证书中提取该字段作为请求用户所属的组 (Group)
C: Country， 国家
L: Locality，地区，城市
O: Organization Name，组织名称，公司名称
OU: Organization Unit Name，组织单位名称，公司部门
ST: State，州，省

证书配置模板文件ca-config.json

{
 "signing": {
     "default": {
       "expiry": "87600h"
  },
 "profiles": {
   "kubernetes": {
     "usages": [
       "signing",
       "key encipherment",
       "server auth",
       "client auth"
    ],
     "expiry": "87600h"
  }
  }
}
}

config.json：可以定义多个 profiles，分别指定不同的过期时间、使用场景等参数；后续在签名证书时使用某个 profile；此实例只有一个kubernetes模板。
signing：表示该证书可用于签名其它证书；生成的 ca.pem 证书中CA=TRUE
server auth：表示client可以用该 CA 对server提供的证书进行验证；
client auth：表示server可以用该CA对client提供的证书进行验证；
注意标点符号，最后一个字段一般是没有逗号的。


2、初始化创建CA认证中心，将会生成ca-key.pem（私钥）和ca.pem（公钥）

cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca

3、创建kubernetes证书

创建kubernetes-csr.json证书请求文件

{
    "CN": "kubernetes",
    "hosts": [
        "127.0.0.1",
        "10.1.20.129",
        "10.1.20.128",
        "10.1.20.126",
        "10.1.20.127",
        "10.254.0.1",
        "*.kubernetes.master",
        "localhost",
        "kubernetes",
        "kubernetes.default",
        "kubernetes.default.svc",
        "kubernetes.default.svc.cluster",
        "kubernetes.default.svc.cluster.local"
    ],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "ST": "BeiJing",
            "L": "BeiJing",
            "O": "k8s",
            "OU": "System"
        }
    ]
}

这个证书目前专属于 apiserver，加了一个 *.kubernetes.master域名以便内部私有 DNS 解析使用(可删除)；kubernetes 这几个能不能删掉，答案是不可以的；因为当集群创建好后，default namespace 下会创建一个叫 kubenretes 的svc，有一些组件会直接连接这个 svc 来跟 api 通信的，证书如果不包含可能会出现无法连接的情况；其他几个 kubernetes 开头的域名作用相同hosts包含的是授权范围，不在此范围的的节点或者服务使用此证书就会报证书不匹配错误。10.254.0.1是指kube-apiserver 指定的 service-cluster-ip-range 网段的第一个IP。

4、生成kubernetes证书和私钥

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes kubernetes-csr.json | cfssljson -bare kubernetes

-config 引用的是模板中的默认配置文件，
-profiles是指定特定的使用场景，比如config.json中的kubernetes区域

5、创建admin证书

创建admin证书请求文件admin-csr.json

{
    "CN": "admin",
    "hosts": [],
    "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
    },
    "names": [
    {
        "C": "CN",
        "ST": "BeiJing",
        "L": "BeiJing",
        "O": "system:masters",
        "OU": "System"
    }
    ]
}


6、生成admin证书和私钥

cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=kubernetes admin-csr.json | cfssljson -bare admin

这个admin 证书，是将来生成管理员用的kubeconfig 配置文件用的，现在我们一般建议使用RBAC 来对kubernetes 进行角色权限控制， kubernetes 将证书中的CN字段作为User， O 字段作为 Group

同样，我们也可以按照同样的方式来创建kubernetes中etcd集群的证书