手动轮换 CA 证书

本页展示如何手动轮换证书机构（CA）证书。

在开始之前

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

您的 Kubernetes 服务器版本必须不低于版本 v1.13. 要获知版本信息，请输入 ​kubectl version​。

手动轮换 CA 证书 

注意：
确保备份你的证书目录、配置文件以及其他必要文件。
这里的方法假定 Kubernetes 的控制面通过运行多个 API 服务器以高可用配置模式运行。 另一假定是 API 服务器可体面地终止，因而客户端可以彻底地与一个 API 服务器断开 连接并连接到另一个 API 服务器。
如果集群中只有一个 API 服务器，则在 API 服务器重启期间会经历服务中断期。

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。

说明： 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。

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。

说明： 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

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
• 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。
• 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。