使用 Let's Encrypt 实现 Kubernetes Ingress 自动化 HTTPS

作者 阳明
来源 | k8s技术圈（ID：kube100）

我们知道 HTTPS的服务非常安全，Google 现在对非 HTTPS的服务默认是拒绝的，而且还能避免国内各种乱七八糟的劫持，所以启用 HTTPS服务是真的非常有必要的。一些正规机构颁发的 CA证书费用又特别高，不过比较幸运的是也有免费的午餐 - Let's Encrypt，虽然只有90天的证书有效期，但是我们完全可以在证书失效之前，重新生成证书替换掉。在 Kubernetes集群中就更方便了，我们可以通过 Kubernetes Ingress 和 Let's Encrypt实现外部服务的自动化 HTTPS。

在 Kubernetes集群中使用 HTTPS 协议，需要一个证书管理器、一个证书自动签发服务，主要通过 Ingress 来发布 HTTPS 服务，因此需要 IngressController并进行配置，启用 HTTPS 及其路由。

部署
我们这里用来管理 SSL/TLS 证书的组件是 Certmanager，它对于每一个 ingress endpoint 将会自动创建一个新的证书，当 certificates 过期时还能自动更新，除此之外，Cert manager 也可以和其它的 providers 一起工作，例如 HashiCorp Vault。为了方便我们这里使用 Helm来部署即可。

如果你对 Helm还不是很熟悉，可以参考前面我的Helm 系列文章

在使用的时候我们需要配置一个缺省的cluster issuer，当部署 Certmanager的时候，用于支持 kubernetes.io/tls-acme:"true"annotation 来自动化 TLS：

ingressShim.defaultIssuerName=letsencrypt-prod
ingressShim.defaultIssuerKind=ClusterIssuer

运行下面的命令部署 Cert manager：

$ helm install --name cert-manager --namespace kube-system --set ingressShim.defaultIssuerName=letsencrypt-prod --set ingressShim.defaultIssuerKind=ClusterIssuer stable/cert-manager
NAME:   cert-manager
LAST DEPLOYED: Wed Dec  5 18:04:56 2018
NAMESPACE: kube-system
STATUS: DEPLOYED
RESOURCES:
==> v1/ServiceAccount
NAME          SECRETS  AGE
cert-manager  1        0s
==> v1beta1/CustomResourceDefinition
NAME                               AGE
certificates.certmanager.k8s.io    0s
clusterissuers.certmanager.k8s.io  0s
issuers.certmanager.k8s.io         0s
==> v1beta1/ClusterRole
cert-manager  0s
==> v1beta1/ClusterRoleBinding
NAME          AGE
cert-manager  0s
==> v1beta1/Deployment
NAME          DESIRED  CURRENT  UP-TO-DATE  AVAILABLE  AGE
cert-manager  1        1        1           0          0s
==> v1/Pod(related)
NAME                          READY  STATUS             RESTARTS  AGE
cert-manager-dd6856945-9ltk9  0/1    ContainerCreating  0         0s
NOTES:
cert-manager has been deployed successfully!
In order to begin issuing certificates, you will need to set up a ClusterIssuer
or Issuer resource (for example, by creating a 'letsencrypt-staging' issuer).
More information on the different types of issuers and how to configure them
can be found in our documentation:
https://cert-manager.readthedocs.io/en/latest/reference/issuers.html
For information on how to configure cert-manager to automatically provision
Certificates for Ingress resources, take a look at the `ingress-shim`
documentation:
https://cert-manager.readthedocs.io/en/latest/reference/ingress-shim.html

安装完成后，然后查看 Pod运行状态：

$ kubectl get pod -n kube-system --selector=app=cert-manager
NAME                                        READY     STATUS    RESTARTS   AGE
cert-manager-cert-manager-7797579f9-m4dbc   1/1       Running   0          1m

除此之外，安装完成后 Certmanager还提供了一些Kubernetes custom resources：

$ kubectl get crd
NAME                                         AGE
certificates.certmanager.k8s.io              1m
clusterissuers.certmanager.k8s.io            1m
issuers.certmanager.k8s.io                   1m

创建证书签发服务
Certmanager安装后，接下来需要定义上面的 letsencrypt-prod这个 cluster issuer，这里使用上面的 clusterissuers.certmanager.k8s.io这个 CRD来定义：（cluster-issuer.yaml）

apiVersion: certmanager.k8s.io/v1alpha1
kind: ClusterIssuer
metadata:
  name: letsencrypt-prod
spec:
  acme:
    server: https://acme-v02.api.letsencrypt.org/directory
    email: icnych@gmail.com
    privateKeySecretRef:
      name: letsencrypt-prod
    http01: {}

然后直接创建这个 ClusterIssuer资源：

$ kubectl create -f cluster-issuer.yaml
clusterissuer.certmanager.k8s.io "letsencrypt-prod" created
$ kubectl get clusterissuer
NAME               AGE
letsencrypt-prod   16s

测试
上面我们已经安装了 Certmanager，定义了 ClusterIssuer，接下来我们来配置 HTTPS 去访问我们的 Kubernetes Dashboard 的服务，Dashboard 的部署我们这里就不多说了，直接添加一个 Ingress 资源对象即可：(dashboard-ingress.yaml)

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Ingress
metadata:
  name: kube-ui
  namespace: kube-system
  annotations:
    kubernetes.io/ingress.class: "traefik"
    kubernetes.io/tls-acme: "true"
spec:
  tls:
  - hosts:
    - k8sui.qikqiak.com
    secretName: k8sui-tls
  rules:
  - host: k8sui.qikqiak.com
    http:
      paths:
      - path: '/'
        backend:
          serviceName: kubernetes-dashboard
          servicePort: 443

这里需要注意的是上面我们添加的两个 annotations非常重要，这个将告诉 Cert Manager 去生成证书，然后由于我们这里要使用 HTTPS，所以我们需要添加一个 tls 证书，而证书就是通过 k8sui-tls这个 Secret 对象来提供的，要注意的是这个 Secret 对象并不是我们手动创建的，而是 Cert Manager 自动创建的证书对应的对应。然后直接创建这个资源对象即可：

$ kubectl create -f dashboard-ingress.yaml

当然如果需要在公网中进行访问，我们还需要将我们这里的域名解析到 Ingress Controller 所在的任意一个节点，或者在本地的 /etc/hosts中加上映射也是可以的。

创建完成后隔一会儿我们可以看到会多出现一个随机名称的 Ingress 对象，这个 Ingress 对象就是用来专门验证证书的：

$ kubectl get ingress -n kube-system
NAME                        HOSTS                   ADDRESS   PORTS     AGE
cm-acme-http-solver-hl5sx   k8sui.qikqiak.com             80        37s
kube-ui                     k8sui.qikqiak.com             80, 443   41s

我们可以通过 Traefik 的 Dashboard 可以观察到这一变化，验证成功后，这个 Ingress 对象也自动删除了：

这个时候我们可以去 describe下我们的 Ingress 对象：

$ Name:             kube-ui
Namespace:        kube-system
Address:
Default backend:  default-http-backend:80 (<none>)
TLS:
  k8sui-tls terminates k8sui.qikqiak.com
Rules:
  Host               Path  Backends
  ----               ----  --------
  k8sui.qikqiak.com
                     /   kubernetes-dashboard:443 (10.244.0.31:8443)
Annotations:
  kubernetes.io/tls-acme:       true
  kubernetes.io/ingress.class:  traefik
Events:
  Type    Reason             Age   From          Message
  ----    ------             ----  ----          -------
  Normal  CreateCertificate  13m   cert-manager  Successfully created Certificate "k8sui-tls"

可以看到最后提示成功创建了 Certificate 对象，同样我们可以通过下面的命令获取：

$ kubectl get certificate -n kube-system
NAME        AGE
k8sui-tls   15m

这个时候 Let's Encrypt 生成的证书文件就已经创建成功了，内容被添加到了上面 Ingress 中声明的 Secret 对象中：

$ kubectl get secret -n kube-system
k8sui-tls                                        kubernetes.io/tls                     2         32m

同样我们可以看到 Cert manager 的 Pod 中的日志信息：

$ kubectl logs -f cert-manager-dd6856945-4drmr -n kube-system
......
 1 sync.go:124] Certificate "k8sui-tls" for ingress "kube-ui" already exists
I1205 16:27:21.372285       1 sync.go:127] Certificate "k8sui-tls" for ingress "kube-ui" is up to date
I1205 16:27:21.372362       1 controller.go:166] ingress-shim controller: Finished processing work item "kube-system/kube-ui"
I1205 16:27:23.371967       1 controller.go:181] certificates controller: syncing item 'kube-system/k8sui-tls'
I1205 16:27:23.372682       1 sync.go:174] Certificate kube-system/k8sui-tls scheduled for renewal in 1430 hours
I1205 16:27:23.372769       1 controller.go:195] certificates controller: Finished processing work item "kube-system/k8sui-tls"

这个时候我们就可以通过 HTTPS 去访问上面我们配置的 Dashboard 的服务了，在浏览器中输入: https://k8sui.qikqiak.com，就可以看到会跳转到登录界面了，更重要的是浏览器左上角出现了 绿色的认证小图标了：

需要注意的是 Dashboard 会使用自己自建的证书，所以我们需要在 Traefik 的配置中添加上配置 insecureSkipVerify=true，不去校验后端的证书服务，否则访问会有问题。如果你使用的是其他的 Ingress Controller，这里配置基本上也是一致的，只需要做相应的修改即可。

到这里我们就完成了使用 Let's Encrypt实现 KubernetesIngress自动化 HTTPS 的操作。