证书签发流程

对于网站类的应用，网站管理员需要向权威证书签发机构（CA）申请证书，这通常需要花费一定的费用，也有非营利的证书签发机构，比如”Let’s Encrypt“可以为用户免费签发证书。但对于Kubernetes这类应用来讲，它通常部署在企业内部，其管理面组件不需要暴露到公网，所以就不需要向外部的证书签发机构申请证书，系统管理员就可以自已签发证书供内部使用。

本节我们使用简单的例子，介绍一下如何使用openssl签发证书，侧重介绍签发证书流程，具体证书配置还需要管理员根据实际情况填写。

以kube-apiserver为例，它的启动参数有3处需要配置证书：

--client-ca-file=/yourdirectory/ca.crt
--tls-cert-file=/yourdirectory/server.crt
--tls-private-key-file=/yourdirectory/server.key

其中ca.crt即CA的证书，通常Kubernetes各个组件都配置相同的CA证书，server.crt即kube-apiserver的证书，它将在与客户端建立连接时发送给客户端，由客户端进行验证，server.key即kube-apiserver的私钥，它不会发送给客户端，仅用于解密客户端发送的数据。

为了便于理解，我们假设有两位管理员参与证书签发流程，一位CA管理员负责管理CA的凭证并为他人提供签发证书的服务，一位管理员负责为kube-apiserver申请证书。

生成CA凭证

CA凭证包括一个私钥和证书，私钥由CA机构保存，不会对外公开，证书则是对外公开的。生成证书前面要先为CA机构创建一个私钥。

生成CA私钥

使用openssl genrsa 命令便可以生成一个私钥：

# openssl genrsa -out ca.key 2048
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
.....................................................................+++
........................................+++
e is 65537 (0x10001)

生成的私钥存在ca.key文件中，可以使用cat命令查看：

# ls
ca.key
# cat ca.key 
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----
MIIEog...// 省略若干内容
-----END RSA PRIVATE KEY-----

生成CA证书

接着使用openssl req命令生成一个证书：

# openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=ca" -days 10000 -out ca.crt

生成的证书存在ca.crt文件中，可以使用openssl x509命令查看：

# openssl x509 -in ca.crt -text -noout
Certificate:
    Data:
        Version: 3 (0x2)
...

到此为止，CA管理员已经拥有了一个私钥和证书，可以为kube-apiserver签发证书了。

生成kube-apiserver凭证

要申请证书，kube-apiserver管理员需要准备一个证书签发请求（申请书），为此，kube-apiserver管理员需要先为kube-apiserver生成一个私钥。

生成kube-apiserver私钥

为kube-apiserver生成私钥与前面为CA生成私钥的方法完全一致，同样可以使用openssl genrsa完成：

# openssl genrsa -out server.key 2048

生成的私钥存放于server.key中。

生成kube-apiserver证书请求

接着kube-apiserver管理员需要使用kube-apiserver的私钥生成一个证书签发请求，才可以提交给CA管理员进行签发。

使用openssl req -new命令可以创建一个证书请求文件：

# openssl req -new -key server.key -out server.csr

创建证书请求文件需要提供私钥，然后根据命令行提示输入相关信息，生成的请求文件存放于server.csr文件中。

生成kube-apiserver证书

当kube-apiserver管理员创建好证书请求文件后，即可提次给CA管理员进行证书签发了。CA管理员在签发时
需要使用CA的私钥和证书：

# openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -days 10000 
Signature ok

这样签发完的证书就会保存在server.crt文件中。

证书文件后缀

关于证书及私钥文件，常常会使用约定俗成的文件名后缀。

• *.key： 往往表示私钥文件；
• *.crt： certificate的缩写，往往表示证书文件；

此外，*.csr文件为证书签名请求文件，“Certificate Signing Request”的缩写，该文件内含公钥及公钥所属者信息，用于向CA机构申请签名。

参考资料

• 《Self-signed_certificate》by Wikipedia： https://en.wikipedia.org/wiki/Self-signed_certificate
• 《Certificates》by k8s.io： https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/certificates/