kubeadm 修改默认证书有效期

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kubeadm 修改默认证书有效期

前言

出于安全考虑，k8s 团队推荐定期更新版本，因此kubeadm生成的证书，有效期默认在代码中写死为1年，一旦证书过期，k8s集群将会崩溃，因此，续期 or 升级，成了一个一年一度必选题。但在生产环境中，每一次版本更新可能存在未知的风险，给已经稳定运行的集群带来诸多不确定性，而每年续期一次证书，对管理不太友好，频繁手动操作也可能会带来额外的风险。去年部署的1.14的集群，证书快要到期了，现在决定修改kubeadm的源码重新编译，将续期证书的有效期进行延长。本篇记载分析源码中证书更新的过程。

修改源码

准备

首先拉取代码，切换到指定k8s版本的tag，过程参考之前源码分析的第一篇文章：

[k8s源码阅读笔记-准备工作

](https://github.com/yinwenqin/kubeSourceCodeNote/blob/master/README.md)

也可直接下载相应版本的源码压缩包：

wget https://codeload.github.com/kubernetes/kubernetes/tar.gz/v1.14.3

代码结构

kubeadm代码结构如下，我们根据cmd命令入手，来找相应的生成证书的逻辑具体在哪。

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证书生成方式分为两种，一种是执行kubeadm init命令初始化生成的证书，一种是执行kubeadm alpha certs renew，分别来看下。

Init证书

根据cmd的语义，可以很方便的找到相应的逻辑在哪个文件内，例如kubeadm init 命令的逻辑，在cmd/kubeadm/app/cmd/init.go文件内。

通过函数名称，可以很容易辨认哪个是证书操作的函数，一级一级地查找：

cmd/kubeadm/app/cmd/init.go:176

initRunner.AppendPhase(phases.NewCertsPhase())

==> cmd/kubeadm/app/cmd/phases/init/certs.go:62

Phases: newCertSubPhases()

==> cmd/kubeadm/app/cmd/phases/init/certs.go:96

return certsphase.CreateCertAndKeyFilesWithCA(cert, caCert, cfg)

==> cmd/kubeadm/app/phases/certs/certs.go:161

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// 这里分两步，第一步生成证书 ，第二步，证书写入磁盘
func (k *KubeadmCert) CreateFromCA(ic *kubeadmapi.InitConfiguration, caCert *x509.Certificate, caKey *rsa.PrivateKey) error {
   cfg, err := k.GetConfig(ic)
   if err != nil {
      return errors.Wrapf(err, "couldn't create %q certificate", k.Name)
   }
   // 生成证书
   cert, key, err := pkiutil.NewCertAndKey(caCert, caKey, cfg)
   if err != nil {
      return err
   }
   // 写入磁盘
   err = writeCertificateFilesIfNotExist(
      ic.CertificatesDir,
      k.BaseName,
      caCert,
      cert,
      key,
      cfg,
   )

   if err != nil {
      return errors.Wrapf(err, "failed to write or validate certificate %q", k.Name)
   }

   return nil
}

CreateFromCA函数分为两步，第一步生成证书 ，第二步，证书写入磁盘。生成证书这里使用的是单独的封装pkiutil.NewCertAndKey()方法，猜测多个地方会使用到它。

生成证书

cmd/kubeadm/app/util/pkiutil/pki_helpers.go:76

==> cmd/kubeadm/app/util/pkiutil/pki_helpers.go:82

==> cmd/kubeadm/app/util/pkiutil/pki_helpers.go:557

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// NewSignedCert creates a signed certificate using the given CA certificate and key
func NewSignedCert(cfg *certutil.Config, key crypto.Signer, caCert *x509.Certificate, caKey crypto.Signer) (*x509.Certificate, error) {
	serial, err := rand.Int(rand.Reader, new(big.Int).SetInt64(math.MaxInt64))
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	if len(cfg.CommonName) == 0 {
		return nil, errors.New("must specify a CommonName")
	}
	if len(cfg.Usages) == 0 {
		return nil, errors.New("must specify at least one ExtKeyUsage")
	}

	certTmpl := x509.Certificate{
		Subject: pkix.Name{
			CommonName:   cfg.CommonName,
			Organization: cfg.Organization,
		},
		DNSNames:     cfg.AltNames.DNSNames,
		IPAddresses:  cfg.AltNames.IPs,
		SerialNumber: serial,
		NotBefore:    caCert.NotBefore,
    // 过期时间在这里，默认是当前时间+1年，这里可以修改一下，改成10年
		// NotAfter:     time.Now().Add(duration365d).UTC(),
    NotAfter:     time.Now().Add(duration365d * 10).UTC(),
		KeyUsage:     x509.KeyUsageKeyEncipherment | x509.KeyUsageDigitalSignature,
		ExtKeyUsage:  cfg.Usages,
	}
	certDERBytes, err := x509.CreateCertificate(cryptorand.Reader, &certTmpl, caCert, key.Public(), caKey)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
	return x509.ParseCertificate(certDERBytes)
}

这里是init证书默认定义有效期的位置，renew证书应该也是调用的这里，是不是呢？还是再来确认一下。

Renew证书

根据cmd的语义，可以很方便的找到相应的逻辑在哪个文件内，例如kubeadm alpha certs renew命令的逻辑，在cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go文件内。

通过函数名称，可以很容易初步锁定在newCmdCertsRenewal()函数，再开始一级一级地查找：

cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:60

==> cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:68

==> cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:99

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// get the implementation of renewing this certificate
			renewalFunc := generateRenewalFunction(cert, caCert, cfg)

==> cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:151

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// 更新已存在的证书
err = renewal.RenewExistingCert(internalcfg.CertificatesDir, cert.BaseName, renewer)

==> cmd/kubeadm/app/phases/certs/renewal/renewal.go:42

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newCert, newKey, err := impl.Renew(cfg)

这里发现impl.Renew()是个接口方法，倒回上一级去查看impl

==> cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:148

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renewer, err := getRenewer(cfg, caCert.BaseName)

==> cmd/kubeadm/app/cmd/alpha/certs.go:166

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func getRenewer(cfg *renewConfig, caCertBaseName string) (renewal.Interface, error) {
	if cfg.useAPI {
		kubeConfigPath := cmdutil.GetKubeConfigPath(cfg.kubeconfigPath)
		client, err := kubeconfigutil.ClientSetFromFile(kubeConfigPath)
		if err != nil {
			return nil, err
		}
    // k8s自管理式的刷新证书
		return renewal.NewCertsAPIRenawal(client), nil
	}

	caCert, caKey, err := certsphase.LoadCertificateAuthority(cfg.cfg.CertificatesDir, caCertBaseName)
	if err != nil {
		return nil, err
	}
  // 刷新本地文件证书
	return renewal.NewFileRenewal(caCert, caKey), nil
}

这里的证书刷新方式分为两种，一种是k8s自管理式的证书，一种是本地文件证书(默认/etc/kubernetes/pki/)，两种方式有何差别，参考官方文档:

Certificate Management with kubeadm

自管理的证书有效期默认3个月。而一般使用的都是本地证书文件，所以直接看第二种

cmd/kubeadm/app/phases/certs/renewal/filerenewal.go:34

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// NewFileRenewal takes a certificate pair to construct the Interface.
func NewFileRenewal(caCert *x509.Certificate, caKey *rsa.PrivateKey) Interface {
	return &FileRenewal{
		caCert: caCert,
		caKey:  caKey,
	}
}

// Renew takes a certificate using the cert and key
func (r *FileRenewal) Renew(cfg *certutil.Config) (*x509.Certificate, *rsa.PrivateKey, error) {
	return pkiutil.NewCertAndKey(r.caCert, r.caKey, cfg)
}

Renew方法在下面，果然，也是调用的 pkiutil.NewCertAndKey()方法，也即是说，在上面修改那一行代码，init和renew的时候生成证书都会调用，都会生效。

修改完成，开始重新编译！

编译

go环境问题这里不赘述了，网上文章很多，跳过。

如果是linux，直接执行:

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make WHAT=cmd/kubeadm GOFLAGS=-v

如果是mac，执行:

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make cross WHAT=cmd/kubeadm GOFLAGS=-v

报错：

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./hack/run-in-gopath.sh:行33: _output/bin/deepcopy-gen: 权限不够
make[1]: *** [gen_deepcopy] 错误 1
make: *** [generated_files] 错误 2

解决办法:

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chmod +x _output/bin/deepcopy-gen

重新编译，执行完成后，编译好的二进制文件路径为:

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./_output/local/bin/linux/amd64/kubeadm

使用此文件，覆盖原来的kubeadm文件:

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mv /usr/bin/kubeadm /usr/bin/kubeadm-bak
cp ./_output/local/bin/linux/amd64/kubeadm  /usr/bin/kubeadm

验证

init

先看看kubeadm init时创建的证书

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[root@vm254011 ~]# kubeadm init --config kubeadmin-config.yaml

...
Your Kubernetes control-plane has initialized successfully!
...

[root@vm254011 ~]# openssl x509 -in /etc/kubernetes/pki/apiserver.crt -noout -text |grep ' Not'
            Not Before: May 11 12:17:34 2020 GMT
            Not After : May  9 12:17:34 2030 GMT

[root@vm254011 ~]# date
2020年 05月 11日 星期二 20:37:55 CST

可以看到，证书有效期为10年(默认时间为UTC时间，实际本地时区为UTC+8)

renew

过了一个晚上，再来对上面init创建的证书进行renew:

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# 因为我的环境里etcd不是static pod托管，而是外部二进制部署的，所以这里不需要更新etcd的证书
# 如果etcd也是一起托管的，直接执行一条命令即可：
# kubeadm alpha certs renew all --config=./kubeadmin-config.yaml

[root@vm254011 ~]# kubeadm alpha certs renew apiserver --config=./kubeadmin-config.yaml
[root@vm254011 ~]# kubeadm alpha certs renew apiserver-kubelet-client --config=./kubeadmin-config.yaml
[root@vm254011 ~]# kubeadm alpha certs renew front-proxy-client --config=./kubeadmin-config.yaml

[root@vm254011 ~]# openssl x509 -in /etc/kubernetes/pki/apiserver.crt -noout -text |grep ' Not'
            Not Before: May 11 12:17:34 2020 GMT
            Not After : May 10 00:36:16 2030 GMT

[root@vm254011 ~]# date
2020年 05月 12日 星期二 08:37:01 CST

[root@vm254011 ~]# stat /etc/kubernetes/pki/apiserver
最近访问：2020-05-12 08:36:23.764591842 +0800
最近更改：2020-05-12 08:36:16.395438142 +0800
最近改动：2020-05-12 08:36:16.395438142 +0800

# 基于新证书重新生成各个组件的配置文件
kubeadm alpha kubeconfig user --org system:masters --client-name kubernetes-admin  > /etc/kubernetes/admin.conf
kubeadm alpha kubeconfig user --client-name system:kube-controller-manager > /etc/kubernetes/controller-manager.conf
kubeadm alpha kubeconfig user --client-name system:kube-scheduler > /etc/kubernetes/scheduler.conf

# 重启kubelet组件
systemctl restart kubelet
# 重启controller、scheduler、apiserver3个组件docker容器
# docker restart 命令

# 复制证书和配置文件到其他master
scp -r /etc/kubernetes/pki/* root@vm254012:/etc/kubernetes/pki/
scp /etc/kubernetes/scheduler.conf root@vm254012:/etc/kubernetes/
scp /etc/kubernetes/controller-manager.conf root@vm254012:/etc/kubernetes/
scp /etc/kubernetes/admin.conf root@vm254012:/etc/kubernetes/

# 其他master同样重启kubelet和3个组件docker容器
# ...

可以看到，renew的证书，有效期也是长达10年的。

赏一瓶快乐回宅水吧～
-------------本文结束感谢您的阅读-------------