Istio安全-证书管理
注：本章更新至1.8版本
插入现有CA证书
本节展示了管理员如何使用现有的根证书来授权istio证书，签发证书和密钥，不使用Istio自动生成的证书。
默认情况下，istio的CA会生成一个自签的根证书和密钥，并使用它们签发负载证书。istio的CA也可以使用管理员指定的证书和密钥，以及管理员指定的根证书来签发负载证书。
根CA是网格中所有负载信任的根证书。每个Istio CA会使用一个中间CA来签发密钥和证书，该CA由根CA签发。当一个网格中存在多个Istio CA时，会在CA之间建立起信任层级。
本节展示如何将这些证书和密钥插入Istio的CA。
插入现有证书和密钥
在istio的samples/certs目录下有一套证书，可以比较好地解释istio的证书交互原理。
root-cert.pem: root CA certificate.ca-[cert|key].pem: Citadel intermediate certificate and corresponding private key.cert-chain.pem: certificate trust chain.workload-foo-[cert|key].pem: workload certificate and key for URI SANspiffe://trust-domain-foo/ns/foo/sa/foosigned byca-cert.key.workload-bar-[cert|key].pem: workload certificate and key for URI SANspiffe://trust-domain-bar/ns/bar/sa/barsigned byca-cert.key.假如希望使用现有的CA证书
ca-cert.pem和ca-key.pem(root-cert.pem签发了ca-cert.pem，因此root-cert.pem作为所有负载的根证书)。由于ca-cert.pem不同于root-cert.pem，因此无法直接通过根证书进行校验，此时需要通过一个cert-chain.pem来指定信任链，包含负载到根CA的所有中间CAs。在上述例子中，仅包含了istio的CA签名证书，因此cert-chain.pem与ca-cert.pem相同。注意：如果ca-cert.pem与root-cert.pem是相同的，那么cert-chain.pem文件应该是空的。上述证书例子中的证书链为：
root-cert.pem-->cert-chain.pem(含ca-cert.pem)-->workload-foo-cert.pem/workload-bar-cert.pem，可以使用如下方式进行校验：# openssl verify -CAfile <(cat ca-cert.pem root-cert.pem) workload-bar-cert.pem workload-bar-cert.pem: OK对于生产环境，最好在一台离线机器上执行如下步骤，确保将根密钥暴露给尽可能少的人
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创建一个保存证书和密钥的目录
$ mkdir -p certs $ pushd certs -
生成根证书和密钥
$ make -f ../tools/certs/Makefile.selfsigned.mk root-ca -
生成中间证书和密钥
$ make -f ../tools/certs/Makefile.selfsigned.mk cluster1-cacerts执行如上命令会生成一个名为
cluster1的目录，包含如下文件，root-cert.pem签发了ca-cert.pem-
ca-cert.pem: 中间证书 -
ca-key.pem: 中间密钥 -
cert-chain.pem: Istiod使用的证书链 -
root-cert.pem: 根证书 -
intermediate.conf:openssl使用该配置来生成中间证书 -
cluster-ca.csr: 为中间证书生成的CSR
可以将
cluster1替换为任何字符串。例如make mycluster-certs将会生成名为mycluster的目录 -
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创建一个
cacertssecret，包含如下输入文件ca-cert.pem,ca-key.pem,root-cert.pem和cert-chain.pem。需要注意的是创建出来的secret的名称必须是cacerts，这样才能被istio正确挂载。$ kubectl create namespace istio-system $ kubectl create secret generic cacerts -n istio-system \ --from-file=cluster1/ca-cert.pem \ --from-file=cluster1/ca-key.pem \ --from-file=cluster1/root-cert.pem \ --from-file=cluster1/cert-chain.pem -
返回Istio安装的顶层目录
$ popd
部署Istio
使用demo profile，Istio会从挂载的secret文件中读取证书
$ istioctl install --set profile=demo
在下面的例子中，istio的CA证书(ca-cert.pem)与根证书(root-cert.pem)不同，因此负载无法通过根证书验证工作负载证书，需要使用一个cert-chain.pem来指定信任的证书链，该证书链包含负载和根CA之间的所有中间CA，在此例子中，它包含了istio的CA签名证书，因此cert-chain.pem和ca-cert.pem是相同的。注意，如果ca-cert.pem与root-cert.pem相同，那么ca-chain.pem文件应该是空的。
配置示例services
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部署httpbin和sleep示例services
$ kubectl create ns foo $ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f samples/httpbin/httpbin.yaml) -n foo $ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f samples/sleep/sleep.yaml) -n foo -
部署一个策略，使得foo命名空间的负载仅接受mutual TLS流量
$ kubectl apply -n foo -f - <<EOF apiVersion: "security.istio.io/v1beta1" kind: "PeerAuthentication" Metadata: name: "default" spec: mtls: mode: STRICT EOF
校验证书
本节中会校验插入到CA中的证书是否签发了负载证书。
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sleep 20s，等待mTLS策略下
httpbin的证书链生效。由于CA证书是自签的，因此openssl命令会返回verify error:num=19:self signed certificate in certificate chain错误。$ sleep 20; kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=sleep -n foo -o jsonpath={.items..Metadata.name})" -c istio-proxy -n foo -- openssl s_client -showcerts -connect httpbin.foo:8000 > httpbin-proxy-cert.txt -
解析证书链中的证书
$ sed -n '/-----BEGIN CERTIFICATE-----/{:start /-----END CERTIFICATE-----/!{N;b start};/.*/p}' httpbin-proxy-cert.txt > certs.pem $ awk 'BEGIN {counter=0;} /BEGIN CERT/{counter++} { print > "proxy-cert-" counter ".pem"}' < certs.pem -
校验根证书与管理员指定的证书相同
$ openssl x509 -in samples/certs/root-cert.pem -text -noout > /tmp/root-cert.crt.txt $ openssl x509 -in ./proxy-cert-3.pem -text -noout > /tmp/pod-root-cert.crt.txt $ diff -s /tmp/root-cert.crt.txt /tmp/pod-root-cert.crt.txt Files /tmp/root-cert.crt.txt and /tmp/pod-root-cert.crt.txt are identical -
校验CA证书与管理员指定的相同
$ openssl x509 -in samples/certs/ca-cert.pem -text -noout > /tmp/ca-cert.crt.txt $ openssl x509 -in ./proxy-cert-2.pem -text -noout > /tmp/pod-cert-chain-ca.crt.txt $ diff -s /tmp/ca-cert.crt.txt /tmp/pod-cert-chain-ca.crt.txt Files /tmp/ca-cert.crt.txt and /tmp/pod-cert-chain-ca.crt.txt are identical -
校验从根证书到负载证书的证书链。下面使用中间证书和根证书组成的证书链来校验其签发了负载证书
$ openssl verify -CAfile <(cat samples/certs/ca-cert.pem samples/certs/root-cert.pem) ./proxy-cert-1.pem ./proxy-cert-1.pem: OK
卸载
卸载证书cacert和foo以及istio-system命名空间
$ kubectl delete secret cacerts -n istio-system
$ kubectl delete ns foo istio-system
Istio的DNS证书管理
本节展示如何使用 Chiron提供和管理DNS证书，Chiron是一个与istiod相连的轻量型组件，它使用kubernetes的CA API签发证书，无需管理私钥。有如下优势：
- 与isitod不同，这种方式无需维护签发的私钥，增强了安全性
- 简化了将根证书分发到TLS客户端。客户端不再需要等待istiod生成并分发其CA证书
首先使用istioctl安装istio，并配置DNS证书，当istiod启动后会读取该配置：
$ cat <<EOF > ./istio.yaml
apiVersion: install.istio.io/v1alpha1
kind: IstioOperator
spec:
meshConfig:
certificates:
- secretName: dns.example1-service-account
dnsNames: [example1.istio-system.svc,example1.istio-system]
- secretName: dns.example2-service-account
dnsNames: [example2.istio-system.svc,example2.istio-system]
EOF
$ istioctl install -f ./istio.yaml
可以看到在istio-system下生成了两个secret：
# kubectl get secret -n istio-system |grep dns
dns.example1-service-account istio.io/dns-key-and-cert 3 81s
dns.example2-service-account istio.io/dns-key-and-cert 3 81s
DNS证书的提供和管理
Istio根据用户的配置为DNS证书提供了DNS名字和secret名称。DNS证书由kubernetes CA签发，并根据配置保存到secret中。istio也管理着DNS证书的生命周期，包括证书滚动和重新生成。
配置DNS证书
可以在 istioctl install 命令中使用IstioControlPlane用户资源对istio进行配置。dnsNames字段用于设定证书中的DNS名称，secretName字段指定保存证书和密钥的kubernetes secret的名称。
检查提供的DNS证书
在配置istio生成DNS证书并保存到secret后，需要校验提供的证书是否能够正确运行。
为了校验istio前面例子中生成的dns.example1-service-account的DNS证书，以及校验该证书是否包含配置的DNS名称，需要获取kubernetes的secret，解析并对其解码，查看其具体内容：
$ kubectl get secret dns.example1-service-account -n istio-system -o jsonpath="{.data['cert-chain\.pem']}" | base64 --decode | openssl x509 -in /dev/stdin -text -noout
X509v3 Subject Alternative Name:
DNS:example1.istio-system.svc,DNS:example1.istio-system
重新生成DNS证书
istio可以在DNS证书被错删的情况下重新生成证书。
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删除前面保存的DNS证书
$ kubectl delete secret dns.example1-service-account -n istio-system -
校验istio重新生成了删除的DNS证书，且证书包含配置的DNS名称。需要从kubernetes获取secret，解析并对其解码，获取其内容：
$sleep 10; kubectl get secret dns.example1-service-account -n istio-system -o jsonpath="{.data['cert-chain\.pem']}" | base64 --decode | openssl x509 -in /dev/stdin -text -noout
X509v3 Subject Alternative Name:
DNS:example1.istio-system.svc,DNS:example1.istio-system
卸载
$ kubectl delete ns istio-system
