一、背景

Master apiserver启用TLS认证后，Node节点kubelet和kube-proxy要与kube-apiserver进行通信，必须使用CA签发的有效证书才可以，当Node节点很多时，这种客户端证书颁发需要大量工作，同样也会增加集群扩展复杂度。

为了简化流程，Kubernetes引入了TLS bootstraping机制来自动颁发客户端证书，kubelet会以一个低权限用户自动向apiserver申请证书，kubelet的证书由apiserver动态签署。

所以强烈建议在Node上使用这种方式，目前主要用于kubelet，kube-proxy还是由我们统一颁发一个证书。（当机器越来越多的时候，手动的为kubelet颁发证书，还是比较麻烦的，应用这个机制就是为自动的为kubelet颁发证书）

TLS bootstrapping，使用Token时整个引导过程：

1、在集群内创建特定和Bootstrap Token Secret，或者创建token.csv内置用户声明文件
2、在集群内创建首次TLS Bootstrap申请证书的ClusterRole，后续renew kubelet client/server的ClusterROle，以及相关对应的ClusterROleBinding，并绑定到对应的组或用户
3、调整Controller Manager配置，使其能自动签发相关证书和自动清理过期的TLS Bootstrapping Token
4、生成特定的包含TLS Bootstrapping Token的bootstrap.kubeconfig以供kubelet启动时使用
5、调整Kubelet配置，使其首次启动加载bootstrap.kubeconfig并使用其中的 TLS Bootstrapping Token完成首次证书申请
6、证书被Controller Manager签署，成功下发，Kubelet 自动重载完成引导流程
7、后续Kubelet自动 renew相关证书

二、kubelet配置TLS客户端证书启动引导

2.1、启动引导认证

2.1.1、方法一：基于令牌认证文件

1、如果你希望使用令牌认证文件，你必须在kube-apiserver上使用下面的标志启用之

--token-auth-file=/etc/kubernetes/pki/token.csv

2、创建令牌认证文件并复制到 master节点的/etc/kubernetes/pki目录下

export bootstrap_token="$(head -c 6 /dev/urandom | md5sum |head -c 6).$(head -c 16 /dev/urandom | md5sum | head -c 16)"
echo "$bootstrap_token,kubelet-bootstrap,10001,"system:bootstrappers"" > token.csv
cp token.csv /etc/kubernetes/pki

3、生成bootstrap.kubeconfig凭证文件并复制到 master节点 和 worker节点的 /etc/kubernetes目录下

export kube_api_server="192.168.1.65:6443"
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-cluster kubernetes --server=https://${kube_api_server} --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-credentials kubelet-bootstrap --token="$bootstrap_token"
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-context bootstrap --user=kubelet-bootstrap --cluster=kubernetes 
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig use-context bootstrap
cp kubelet-bootstrap.kubeconfig /etc/kubernetes

总结：

1、kubelet首次启动通过加载kubelet-bootstrap.kubeconfig文件中定义的用户token和apiserver CA证书发起CSR请求，这个token被预先内置在apiserver节点的token.csv文件中，其身份为kubelet-bootstrap用户和system:bootstrappers用户组。想要首次CSR请求成功，则还需要将kubelet-bootstrap用户和system:bootstrappers用户组与内置的ClusterRole绑定。对于CSR请求可以手动签发，也可以将system:bootstrappers用户组与ClusterRole system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:nodeclient绑定实现自动签发。
2、默认签署的证书只有1年有效期，如果想要调整证书的有效期可以通过设置 kube-controller-manager 的 --experimental-cluster-signing-duration 参数实现，该参数默认值为 8760h0m0s。

2.2.2、方法二：基于启动引导令牌（Bootstrap Token）

启动引导令牌在Kubernetes集群中存储为Secret对象，被发放给各个kubelet。 你可以在整个集群中使用同一个令牌，也可以为每个节点发放单独的令牌。

1、如果你希望使用启动引导令牌，你必须在kube-apiserver上使用下面的标志启用之

--enable-bootstrap-token-auth=true

2、随机生成Token ID和Token Secret

c3047froot@k8s-master-65:~# export token_id=`head -c 6 /dev/urandom | md5sum |head -c 6`
root@k8s-master-65:~# echo $token_id
e9a59b

root@k8s-master-65:~# export token_secret=`head -c 16 /dev/urandom | md5sum | head -c 16`
root@k8s-master-65:~# echo $token_secret
b5490ff78e038ba1

2、创建bootstrap-token.yaml启动引导令牌文件

启动引导令牌使用 abcdef.0123456789abcdef 的形式。 更加规范地说，它们必须符合正则表达式 [a-z0-9]{6}.[a-z0-9]{16}。令牌的第一部分是 “Token ID”，它是一种公开信息，用于引用令牌并确保不会 泄露认证所使用的秘密信息。 第二部分是“令牌秘密（Token Secret）”，它应该被共享给受信的第三方。

#1、创建bootstrap-token.yaml文件
vim bootstrap-secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: bootstrap-token-e9a59b
  namespace: kube-system
type: bootstrap.kubernetes.io/token
stringData:
  token-id: e9a59b
  token-secret: b5490ff78e038ba1
  usage-bootstrap-authentication: "true"
  usage-bootstrap-signing: "true"
  auth-extra-groups: system:bootstrappers:worker,system:bootstrappers:ingress

# 2、执行yaml文件
kubectl apply -f bootstrap-token.yaml

3、生成bootstrap.kubeconfig凭证文件并复制到 master节点 和 worker节点的 /etc/kubernetes目录下

export kube_api_server="192.168.1.65:6443"
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-cluster kubernetes --server=https://${kube_api_server} --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-credentials system:bootstrap:e9a59b --token=e9a59b.b5490ff78e038ba1
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig set-context bootstrap --user=system:bootstrap:e9a59b --cluster=kubernetes 
kubectl config --kubeconfig=kubelet-bootstrap.kubeconfig use-context bootstrap
cp kubelet-bootstrap.kubeconfig /etc/kubernetes

2.3、授权 kubelet 创建 CSR

现在启动引导节点被身份认证 为system:bootstrapping组的成员， 它需要被授权创建证书签名请求（CSR）并在证书被签名之后将其取回。 幸运的是，Kubernetes提供了一个ClusterRole，其中精确地封装了这些许可， system:node-bootstrapper。

为了实现这一点，你只需要创建ClusterRoleBinding，将system:bootstrappers组绑定到集群角色system:node-bootstrapper。

这时候kubelet还无法加入集群，因为kubelet还没有客户端证书，无法正常的连接kube-apiserver。默认Kubernetes是不允许kubelet申请证书的，需要手动授权才行。

#1、创建create-csrs-for-bootstrapping.yaml文件
vim create-csrs-for-bootstrapping.yaml
# 允许启动引导节点创建CSR
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: create-csrs-for-bootstrapping
subjects:
- kind: Group
  name: system:bootstrappers
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: system:node-bootstrapper
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#2、执行yaml文件
kubectl apply -f create-csrs-for-bootstrapping.yaml    

2.4、自动批准kubelet证书

说明：申请下来的证书是 kubelet用于访问kube-apiserver。

# 1、创建auto-approve-csrs-for-group.yaml文件
vim auto-approve-csrs-for-group.yaml
# 批复 "system:bootstrappers" 组的所有 CSR
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: auto-approve-csrs-for-group
subjects:
- kind: Group
  name: system:bootstrappers
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:nodeclient
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#2、执行yaml文件
kubectl apply -f auto-approve-csrs-for-group.yaml

2.5、自动续签kubelet证书

说明：证书即将过期时，可以续签之前申请下来的证书，也是kubelet用于访问kube-apiserver。

#1、创建auto-approve-renewals-for-nodes.yaml文件
vim auto-approve-renewals-for-nodes.yaml
# 批复"system:nodes"组的CSR续约请求
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: auto-approve-renewals-for-nodes
subjects:
- kind: Group
  name: system:nodes
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeclient
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#2、执行yaml文件
kubectl apply -f auto-approve-renewals-for-nodes.yaml    

2.6、创建服务启动文件

创建/etc/systemd/system/kubelet.service服务启动文件

vim /etc/systemd/system/kubelet.service 
[Unit]
Description=Kubernetes Kubelet
Documentation=https://github.com/kubernetes/kubernetes
After=containerd.service
Requires=containerd.service

[Service]
ExecStart=/usr/local/bin/kubelet 
    --bootstrap-kubeconfig=/etc/kubernetes/kubelet-bootstrap.kubeconfig 
    --kubeconfig=/var/lib/kubelet/kubelet.kubeconfig 
    --config=/var/lib/kubelet/kubelet-config.yaml 
    --container-runtime=remote 
    --runtime-request-timeout=15m 
    --container-runtime-endpoint=unix:///run/containerd/containerd.sock 
    --cgroup-driver=systemd 
    --pod-infra-container-image=registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/pause:3.7

[Install]
WantedBy=multi-user.target

字段解释：

--bootstrap-kubeconfig：首次启动向apiserver申请证书
--kubeconfig：空路径，会自动生成，后面用于连接apiserver
--config：配置参数文件
--pod-infra-container-image：管理Pod网络容器的镜像

总结：整理不易，如果对你有帮助，可否点赞关注一下？

更多详细内容请参考：企业级K8s集群运维实战