随着互联网的飞速发展，安全性日益成为我们关注的焦点。HTTPS 已从一项奢侈的技术逐渐成为现代网络交互的标准。它不仅仅是保护信息的重要工具，更是实现信任和品质的象征。
当你在本地的 K8S 开发环境中遇到需要使用 HTTPS 来进行访问，又该如何为其配置 TLS/SSL 证书呢？🤔
今天，让我们一起揭秘如何在 K8S 环境中轻松自签证书，为你的本地开发环境带来安全性的提升！
0. Preparation
1. Install Kind
在生成 Kind 的配置文件时，我利用 Kind 的 extraPortMapping 配置选项将端口从主机转发到节点上运行的入口控制器。
它的作用是允许本地主机通过端口 80/443 向 Ingress 控制器发出请求。
cat << EOF > cluster.yaml
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
name: local
nodes:
- role: control-plane
image: kindest/node:v1.25.3
extraPortMappings:
- containerPort: 80
hostPort: 80
listenAddress: 127.0.0.1
- containerPort: 443
hostPort: 443
listenAddress: 127.0.0.1
EOF
使用生成的配置，在本地安装 Kind 集群。
kind create cluster --config cluster.yaml
因为配置了 extraPortMappings 的原因，如果需要在本地部署多套 K8s 集群，必须调整端口，又或者是去除 extraPortMappings 这个配置项。
2. Install Traefik
将 Traefik Labs 的图表仓库添加到 Helm。
helm repo add traefik https://traefik.github.io/charts
helm repo update
这里我们给 websecure 设置主机端口为 443，这是为了确保传入的 HTTPS 流量可以被正确地路由到 Traefik。
helm upgrade -i traefik
--set ports.traefik.expose=true
--set ports.web.hostPort=80
--set ports.websecure.hostPort=443
--set-string service.type=ClusterIP
--namespace traefik
--create-namespace
traefik/traefik
3. Install Dnsmasq
虽然 /etc/hosts 对于简单的域名到 IP 地址的映射是很有用的，但它是静态的，而且不支持通配符或模式匹配，因此你不能为一个域名的所有子域设置相同的 IP 地址。
Dnsmasq 它是一个轻量级的 DNS 正向和反向缓存服务器，同时也可以为 DHCP 功能提供服务。它被设计为易于配置和使用，并且它通常用于小型网络环境，特别是那些需要简单的 DHCP 和 DNS 服务的地方。
可以说 Dnsmasq 提供了一个更强大、灵活且集中的解决方案，以下是安装方法。
brew install dnsmasq
4. Install CFSSL/mkcert
为本地生成自签名的 SSL/TLS 证书有很多的工具，我在这里就分享两种，每种工具都有其特点和最佳用途，大家可以根据自己的需求和偏好来选择。
第一种：CFSSL，以下是安装方法。
brew install cfssl
第二种：mkcert，以下是安装方法。
brew install mkcert
小结
至此，我们已经完成了在本地 K8S 开发环境中准备的基础设施工作。通过 Kind，我们成功地搭建了一个本地的 Kubernetes 集群；通过 Helm 和 Traefik，我们为集群配置了强大的路由和反向代理功能；最后，通过 Dnsmasq，我们提供了一个灵活的本地 DNS 解决方案，替代了传统的 /etc/hosts 方法。这些都为我们接下来进行 TLS/SSL 证书配置打下了坚实的基础。
现在，我们将进入下一个阶段，真正探讨如何在 K8S 开发环境中配置自签证书，以实现 HTTPS 的安全访问。带上你的好奇心，和我一起探索这片云原生的奥秘之地！🚀
1. 创建自签名证书
首先，我们得创造一个自签证书。这里，我选择使用 CFSSL 来完成这一流程。
初始化配置
轻轻敲入以下命令，生成一个闪亮的配置文件 config.json✨
cfssl print-defaults config > config.json
配置内容，我们可以根据自己的需求稍作调整
{
"signing": {
"default": {
"expiry": "87600h",
"usages": [
"signing",
"key encipherment",
"server auth",
"client auth"
]
}
}
}
生成证书
将以下内容写入到 create-selfsign-cert.sh 脚本
#!/usr/bin/env bash
cn=$1
if [[ -z "$cn" ]]; then
read -p "Common name: " cn
fi
extfile=$(mktemp)
cat >"$extfile" <<INNER_EOF
{
"CN": "$cn",
"hosts": [
"$cn"
],
"key": {
"algo": "ecdsa",
"size": 256
},
"names": [
{
"C": "CN",
"L": "Shanghai",
"O": "BaseBit",
"OU": "XDP",
"ST": "Shanghai"
}
]
}
INNER_EOF
function finish {
rm "$extfile"
}
trap finish EXIT
cfssl selfsign -config=config.json selfsign "$extfile" | cfssljson -bare "$cn"
mv ${cn}-key.pem ${cn}.key
mv ${cn}.pem ${cn}.crt
接着，执行以下命令生成泛域名证书：
$(pwd)/create-selfsign-cert.sh "*.kind.cluster"
💡 小贴士：执行后，以下三个文件将被创建：
➜ ls |grep kind
*.kind.cluster.crt # 自签名证书
*.kind.cluster.csr # 证书签名请求(CSR)文件
*.kind.cluster.key # 私钥文件
关于 CFSSL 的更多魔法 🪄，请前往官网自行探索！
2. 创建 Kubernetes TLS Secret
接下来，我们将自签名证书和私钥存储在 Kubernetes 中作为 TLS Secret：
# 创建一个 TLS Secret
kubectl create secret tls tls-secret
--key *.kind.cluster.key
--cert *.kind.cluster.crt
3. 配置 Kubernetes Ingress 使用 TLS Secret
Nice，现在准备工作都完成啦 🎉，接下来，让我们召唤一个服务，试试效果吧！
# 创建一个 Nginx Deployment
kubectl create deployment nginx-deployment --image=nginx:1.25.3
# 暴露 Deployment 作为一个 Service
kubectl expose deployment nginx-deployment --port=80
我们可以引用这个 TLS Secret 在 Kubernetes Ingress 资源中启用 HTTPS，对应域名为 nginx.kind.cluster
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
name: nginx
spec:
tls: # 以下 4 行是为了支持 TLS
- hosts: #
- nginx.kind.cluster #
secretName: tls-secret #
rules:
- host: nginx.kind.cluster
http:
paths:
- path: /
pathType: Prefix
backend:
service:
name: nginx-deployment
port:
number: 80
EOF
4. 配置 Dnsmasq
因为我们的域名是自定义的，所以还需要在本地画上一道符咒。
将以下信息添加到 Dnsmasq 配置中，它可以从本地 IP 提供通配符[子]域。
echo 'address=/kind.cluster/127.0.0.1' >> $(brew --prefix)/etc/dnsmasq.conf
正如上面提到的，我将 Kind 集群内的端口映射到了主机上，所以这里只需配置 127.0.0.1 就好，不用再配置集群 host 的实际 IP。Dnsmasq 也会尝试解析子域名记录，例如 foo.kind.cluster 、 bar.kind.cluster ，这非常的方便。
配置完成，使用 brew 来重启 Dnsmasq
sudo brew services restart dnsmasq
我们再为 .kind.cluster 结尾的域名配置了一个专用的 DNS 解析器。
cat <<EOF | sudo tee /etc/resolver/kind.cluster
nameserver 127.0.0.1
EOF
最后，使用 dig 命令确认域名解析正确指向了 127.0.0.1：
➜ dig kind.cluster @127.0.0.1
; <<>> DiG 9.10.6 <<>> kind.cluster @127.0.0.1
;; global options: +cmd
;; Got answer:
;; ->>HEADER<<- opcode: QUERY, status: NOERROR, id: 54402
;; flags: qr aa rd ra; QUERY: 1, ANSWER: 1, AUTHORITY: 0, ADDITIONAL: 1
;; OPT PSEUDOSECTION:
; EDNS: version: 0, flags:; udp: 4096
;; QUESTION SECTION:
;kind.cluster. IN A
;; ANSWER SECTION:
kind.cluster. 0 IN A 127.0.0.1
;; Query time: 4 msec
;; SERVER: 127.0.0.1#53(127.0.0.1)
;; WHEN: Thu Nov 02 07:31:11 CST 2023
;; MSG SIZE rcvd: 57
🎉 下面我们来做个验证吧。
5. 信任自签名证书
使用自签名证书的缺点是，当用户访问通过此 Ingress 暴露的服务时，浏览器会显示一个警告，因为该证书不是由受信任的证书颁发机构颁发的，怎么解决呢？
其实很简单，在你的计算机上，将这个自签名证书添加到受信任的根证书存储中，这样你的浏览器就不会每次警告你连接不安全。
下面我们以 MacOS 系统举例
步骤 1: 双击 .crt 文件，这会打开“钥匙串访问”应用。在“钥匙串访问”中，你会看到证书已经被导入。如果没看到，你也可以手动拖拽.crt 文件到“钥匙串访问”窗口中。
步骤 2: 然后右键点击你导入的证书，选择“获取信息”。
获取信息
步骤 3: 展开“信任”部分，在“使用此证书时”选择“始终信任”
选择“始终信任”
步骤 4: 最后，让我们再来做下验证 🎉
验证
我们也可以通过 CURL 来验证，它也不再报任何的错误，效果如下所示
➜ curl -v https://nginx.kind.cluster
* Trying 127.0.0.1:443...
* Connected to nginx.kind.cluster (127.0.0.1) port 443 (#0)
* ALPN: offers h2,http/1.1
* (304) (OUT), TLS handshake, Client hello (1):
* CAfile: /etc/ssl/cert.pem
* CApath: none
* (304) (IN), TLS handshake, Server hello (2):
* (304) (IN), TLS handshake, Unknown (8):
* (304) (IN), TLS handshake, Certificate (11):
* (304) (IN), TLS handshake, CERT verify (15):
* (304) (IN), TLS handshake, Finished (20):
* (304) (OUT), TLS handshake, Finished (20):
* SSL connection using TLSv1.3 / AEAD-AES128-GCM-SHA256
* ALPN: server accepted h2
* Server certificate:
* subject: C=CN; ST=Shanghai; L=Shanghai; O=BaseBit; OU=XDP; CN=*.kind.cluster
* start date: Nov 1 13:54:45 2023 GMT
* expire date: Oct 29 13:59:45 2033 GMT
* subjectAltName: host "nginx.kind.cluster" matched cert's "*.kind.cluster"
* issuer: C=CN; ST=Shanghai; L=Shanghai; O=BaseBit; OU=XDP; CN=*.kind.cluster
* SSL certificate verify ok.
* using HTTP/2
...
< HTTP/2 200
...
通过以上步骤，我们的本地开发环境将能够信任并正确使用自签名证书。
但还有一种更简单的替代方案 — mkcert，它可以帮助你在本地开发环境直接创建受信任的证书，不需要繁琐的配置，大大简化了本地环境配置：
mkcert -install
mkcert '*.kind.cluster'
大家不妨试下，这玩意完全可以替代 CFSSL，它对于本地开发和测试来说是足够的。
写在后面
在这篇文章中，我们采用了相对传统的方法来创建自签证书，可能对某些场景来说并不算是真正的“云原生”。
在接下来的文章中，我会为大家带来 Cert-Manager 的详细介绍，它是一种真正云原生的自签证书方法，可以自动化证书的请求和续订，旨在更好地融合并适应现代的 Kubernetes 生态系统。🚀
References
- Kubernetes TLS 101: 在本地 K8s 中轻松部署自签 TLS 证书
