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TLS

TLS(Transport Layer Security)를 사용하여 클러스터 내 트래픽을 보호하는 방법을 이해한다.

1: Kubelet의 인증서 갱신 구성
2: 클러스터에서 TLS 인증서 관리

1 - Kubelet의 인증서 갱신 구성

이 페이지는 kubelet에 대한 인증서 갱신을 활성화하고 구성하는 방법을 보여준다.

FEATURE STATE: Kubernetes v1.19 [stable]

시작하기 전에

쿠버네티스 1.8.0 버전 혹은 그 이상의 버전이 요구됨

개요

kubelet은 쿠버네티스 API 인증을 위해 인증서를 사용한다. 기본적으로 이러한 인증서는 1년 만기로 발급되므로 너무 자주 갱신할 필요는 없다.

쿠버네티스는 kubelet 인증서 갱신을 포함하며, 이 기능은 현재 인증서의 만료 시한이 임박한 경우, 새로운 키를 자동으로 생성하고 쿠버네티스 API에서 새로운 인증서를 요청하는 기능이다. 새로운 인증서를 사용할 수 있게 되면 쿠버네티스 API에 대한 연결을 인증하는데 사용된다.

클라이언트 인증서 갱신 활성화하기

kubelet 프로세스는 현재 사용 중인 인증서의 만료 시한이 다가옴에 따라 kubelet이 자동으로 새 인증서를 요청할지 여부를 제어하는 --rotate-certificates 인자를 허용한다.

kube-controller-manager 프로세스는 얼마나 오랜 기간 인증서가 유효한지를 제어하는 --cluster-signing-duration (1.19 이전은 --experimental-cluster-signing-duration) 인자를 허용한다.

인증서 갱신 구성에 대한 이해

kubelet이 시작할 때 부트 스트랩 (--bootstrap-kubeconfig 플래그를 사용) 을 구성하면 초기 인증서를 사용하여 쿠버네티스 API에 연결하고 인증서 서명 요청을 발행한다. 다음을 사용하여 인증서 서명 요청 상태를 볼 수 있다.

kubectl get csr

초기에 노드의 kubelet에서 인증서 서명 요청은 Pending 상태이다. 인증서 서명 요청이 특정 기준을 충족하면 컨트롤러 관리자가 자동으로 승인한 후 상태가 Approved 가 된다. 다음으로, 컨트롤러 관리자는 --cluster-signing-duration 파라미터에 의해 지정된 기간 동안 발행된 인증서에 서명하고 서명된 인증서는 인증서 서명 요청에 첨부된다.

kubelet은 쿠버네티스 API로 서명된 인증서를 가져와서 --cert-dir에 지정된 위치에 디스크에 기록한다. 그런 다음 kubelet은 쿠버네티스 API에 연결해서 새로운 인증서를 사용한다.

서명된 인증서의 만료가 다가오면 kubelet은 쿠버네티스 API를 사용하여 새로운 인증서 서명 요청을 자동으로 발행한다. 이는 인증서 유효 기간이 30%-10% 남은 시점에 언제든지 실행될 수 있다. 또한, 컨트롤러 관리자는 인증서 요청을 자동으로 승인하고 서명된 인증서를 인증서 서명 요청에 첨부한다. kubelet은 쿠버네티스 API로 서명된 새로운 인증서를 가져와서 디스크에 쓴다. 그런 다음 새로운 인증서를 사용한 재연결을 위해서 가지고 있는 쿠버네티스 API로의 연결을 업데이트 한다.

2 - 클러스터에서 TLS 인증서 관리

쿠버네티스는 사용자가 제어하는 인증 기관 (CA)에서 서명한 TLS 인증서를 프로비저닝 할 수 있는 certificates.k8s.io API를 제공한다. 이러한 CA 및 인증서는 워크로드 간의 신뢰 관계를 구성하는 용도로 사용할 수 있다.

certificates.k8s.io API는 ACME 초안과 유사한 프로토콜을 사용한다.

참고: certificates.k8s.io API를 사용하여 생성된 인증서는 전용 CA로 서명된다. 이러한 목적을 위해 클러스터 루트 CA를 사용하도록 클러스터를 구성할 수 있지만, 절대 이에 의존해서는 안된다. 해당 인증서가 클러스터 루트 CA에 대해 유효성을 검사한다고 가정하면 안된다.

시작하기 전에

쿠버네티스 클러스터가 필요하고, kubectl 커맨드-라인 툴이 클러스터와 통신할 수 있도록 설정되어 있어야 한다. 이 튜토리얼은 컨트롤 플레인 호스트가 아닌 노드가 적어도 2개 포함된 클러스터에서 실행하는 것을 추천한다. 만약, 아직 클러스터를 가지고 있지 않다면, minikube를 사용해서 생성하거나 다음의 쿠버네티스 플레이그라운드 중 하나를 사용할 수 있다.

버전 확인을 위해서, 다음 커맨드를 실행 kubectl version.

클러스터에서 TLS 신뢰

파드로 실행되는 애플리케이션에서 사용자 정의 CA를 신뢰하려면 일반적으로 몇 가지 추가 애플리케이션 구성이 필요하다. TLS 클라이언트 또는 서버가 신뢰하는 CA 인증서 목록에 CA 인증서 번들을 추가해야 한다. 예를 들어 인증서 체인을 파싱하고, 파싱된 인증서를 tls.Config 구조체의 RootCAs 필드에 추가하여, golang TLS 구성으로 이를 수행할 수 있다.

CA 인증서를 파드에서 사용할 수 있는 ConfigMap으로 배포할 수 있다.

인증서 요청

다음 섹션에서는 DNS를 통해 액세스되는 쿠버네티스 서비스의 TLS 인증서를 생성하는 방법을 보여준다.

참고: 이 튜토리얼에서는 CFSSL을 사용한다. 여기를 클릭하여 Cloudflare의 PKI 및 TLS 툴킷을 자세히 알아본다.

CFSSL 다운로드 및 설치

이 예제에 사용된 cfssl 도구는 https://github.com/cloudflare/cfssl/releases에서 다운로드 할 수 있다.

인증서 서명 요청 (CSR) 생성

다음 명령을 실행하여 개인 키 및 인증서 서명 요청(또는 CSR)을 생성한다.

cat <<EOF | cfssl genkey - | cfssljson -bare server
{
  "hosts": [
    "my-svc.my-namespace.svc.cluster.local",
    "my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
    "192.0.2.24",
    "10.0.34.2"
  ],
  "CN": "my-pod.my-namespace.pod.cluster.local",
  "key": {
    "algo": "ecdsa",
    "size": 256
  }
}
EOF

여기서 192.0.2.24는 서비스의 클러스터 IP, my-svc.my-namespace.svc.cluster.local은 서비스의 DNS 이름, 10.0.34.2는 파드의 IP,my-pod.my-namespace.pod.cluster.local은 파드의 DNS 이름이다. 다음과 비슷한 출력이 표시되어야 한다.

2022/02/01 11:45:32 [INFO] generate received request
2022/02/01 11:45:32 [INFO] received CSR
2022/02/01 11:45:32 [INFO] generating key: ecdsa-256
2022/02/01 11:45:32 [INFO] encoded CSR

이 명령은 두 개의 파일을 생성한다. PEM으로 인코딩된 pkcs#10 인증 요청이 포함된 server.csr과 생성할 인증서 키를 PEM 인코딩한 값이 포함된 server-key.pem을 생성한다.

쿠버네티스 API로 보낼 인증서 서명 요청 객체 만들기

CSR yaml blob을 생성하고 다음 명령을 실행하여 apiserver로 보낸다.

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: certificates.k8s.io/v1
kind: CertificateSigningRequest
metadata:
  name: my-svc.my-namespace
spec:
  request: $(cat server.csr | base64 | tr -d '\n')
  signerName: example.com/serving
  usages:
  - digital signature
  - key encipherment
  - server auth
EOF

1단계에서 만든 server.csr 파일은 base64로 인코딩되고 .spec.request 필드에 숨겨져 있다. 또한 예시 example.com/serving 서명자가 서명한 "digitalSignature", "keyEnciperment" 및 "serverAuth" 키 사용(keyUsage)이 있는 인증서를 요청한다. 특정 signerName을 요청해야 한다. 자세한 내용은 지원되는 서명자 이름 문서를 참조한다.

이제 CSR이 API에서 보류 상태로 표시되어야 한다. 다음을 실행하여 확인할 수 있다.

kubectl describe csr my-svc.my-namespace

Name:                   my-svc.my-namespace
Labels:                 <none>
Annotations:            <none>
CreationTimestamp:      Tue, 01 Feb 2022 11:49:15 -0500
Requesting User:        yourname@example.com
Signer:                 example.com/serving
Status:                 Pending
Subject:
        Common Name:    my-pod.my-namespace.pod.cluster.local
        Serial Number:
Subject Alternative Names:
        DNS Names:      my-pod.my-namespace.pod.cluster.local
                        my-svc.my-namespace.svc.cluster.local
        IP Addresses:   192.0.2.24
                        10.0.34.2
Events: <none>

인증서 서명 요청 승인 받기

인증서 서명 요청 승인은 자동화된 승인 프로세스 또는 클러스터 관리자의 일회성 승인으로 수행된다. 인증서 요청 승인 권한을 갖고 있다면, kubectl을 이용하여 다음과 같이 수동으로 승인할 수 있다.

kubectl certificate approve my-svc.my-namespace

certificatesigningrequest.certificates.k8s.io/my-svc.my-namespace approved

출력은 다음과 같을 것이다.

kubectl get csr

NAME                  AGE   SIGNERNAME            REQUESTOR              REQUESTEDDURATION   CONDITION
my-svc.my-namespace   10m   example.com/serving   yourname@example.com   <none>              Approved

이는 즉 인증서 요청이 승인되었으며 요청받은 서명자의 서명을 기다리고 있음을 나타낸다.

인증서 서명 요청에 서명하기

다음으로, 인증서 서명자로서, 인증서를 발급하고, 이를 API에 업로드할 것이다.

서명자는 일반적으로 인증서 서명 요청 API를 조회하여 오브젝트의 signerName을 확인하고, 요청이 승인되었는지 체크하고, 해당 요청에 대해 인증서에 서명하고, 발급된 인증서로 API 오브젝트 상태를 업데이트한다.

인증 기관 생성하기

먼저: 다음을 실행하여 서명 인증서를 생성한다.

cat <<EOF | cfssl gencert -initca - | cfssljson -bare ca
{
  "CN": "My Example Signer",
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  }
}
EOF

출력은 다음과 같을 것이다.

2022/02/01 11:50:39 [INFO] generating a new CA key and certificate from CSR
2022/02/01 11:50:39 [INFO] generate received request
2022/02/01 11:50:39 [INFO] received CSR
2022/02/01 11:50:39 [INFO] generating key: rsa-2048
2022/02/01 11:50:39 [INFO] encoded CSR
2022/02/01 11:50:39 [INFO] signed certificate with serial number 263983151013686720899716354349605500797834580472

이제 인증 기관 키 파일(ca-key.pem)과 인증서(ca.pem)가 생성되었다.

인증서 발급하기

tls/server-signing-config.json

{
    "signing": {
        "default": {
            "usages": [
                "digital signature",
                "key encipherment",
                "server auth"
            ],
            "expiry": "876000h",
            "ca_constraint": {
                "is_ca": false
            }
        }
    }
}

server-signing-config.json 서명 구성 파일, 인증 기관 키 파일 및 인증서를 사용하여 인증서 요청에 서명한다.

kubectl get csr my-svc.my-namespace -o jsonpath='{.spec.request}' | \
  base64 --decode | \
  cfssl sign -ca ca.pem -ca-key ca-key.pem -config server-signing-config.json - | \
  cfssljson -bare ca-signed-server

출력은 다음과 같을 것이다.

2022/02/01 11:52:26 [INFO] signed certificate with serial number 576048928624926584381415936700914530534472870337

이제 서명된 제공(serving) 인증서 파일 ca-signed-server.pem이 생성되었다.

서명된 인증서 업로드하기

마지막으로, 서명된 인증서를 API 오브젝트의 상태에 기재한다.

kubectl get csr my-svc.my-namespace -o json | \
  jq '.status.certificate = "'$(base64 ca-signed-server.pem | tr -d '\n')'"' | \
  kubectl replace --raw /apis/certificates.k8s.io/v1/certificatesigningrequests/my-svc.my-namespace/status -f -

참고: 위의 명령에서 .status.certificate 필드에 base64로 인코딩된 내용을 채우기 위해 jq 명령줄 도구를 사용하였다. jq가 없다면, JSON 출력을 파일에 저장하고, 해당 필드를 수동으로 채우고, 그 결과 파일을 업로드할 수도 있다.

인증서 서명 요청이 승인되고 서명된 인증서가 업로드되면 다음과 같은 출력을 볼 수 있을 것이다.

kubectl get csr

NAME                  AGE   SIGNERNAME            REQUESTOR              REQUESTEDDURATION   CONDITION
my-svc.my-namespace   20m   example.com/serving   yourname@example.com   <none>              Approved,Issued

인증서 다운로드 및 사용

이제, 요청하는 사용자로서, 다음 명령을 실행하여 발급된 인증서를 다운로드하고 server.crt 파일에 저장할 수 있다.

kubectl get csr my-svc.my-namespace -o jsonpath='{.status.certificate}' \
    | base64 --decode > server.crt

이제 server.crt 및 server-key.pem의 내용으로 시크릿을 생성하고 파드에 마운트하여 HTTPS 서버를 시작하는 데 필요한 키페어로 사용할 수 있다.

kubectl create secret tls server --cert server.crt --key server-key.pem

secret/server created

마지막으로, ca.pem의 내용으로 컨피그맵을 생성하여 제공(serving) 인증서 검증에 필요한 신뢰 루트로 사용할 수 있다.

kubectl create configmap example-serving-ca --from-file ca.crt=ca.pem

configmap/example-serving-ca created

인증서 서명 요청 승인

(적절한 권한이 있는) 쿠버네티스 관리자는 kubectl certificate approve 과 kubectl certificate deny 명령을 사용하여 인증서 서명 요청을 수동으로 승인 (또는 거부) 할 수 있다. 그러나 이 API를 많이 사용한다면, 자동화된 인증서 컨트롤러 작성을 고려할 수 있다.

위와 같이 kubectl을 사용하는 시스템이든 사람이든, 승인자의 역할은 CSR이 다음 두 가지 요구 사항을 충족하는지 확인하는 것이다.

CSR은 CSR에 서명하는 데 사용되는 개인 키를 제어하는 것이다. 이는 승인된 대상으로 가장하는 제 3자의 위협을 해결한다. 위의 예에서 이 단계는 파드(pod)가 CSR을 생성하는 데 사용되는 개인 키를 제어하는지 확인하는 것이다.
CSR은 요청된 상황에서 작동할 권한이 있다. 이것은 원하지 않는 대상이 클러스터에 합류(join)하는 위협을 해결한다. 위의 예에서, 이 단계는 파드가 요청된 서비스에 참여할 수 있는지 확인하는 것이다.

이 두 가지 요구 사항이 충족되는 경우에만, 승인자가 CSR을 승인하고 그렇지 않으면 CSR을 거부해야 한다.

승인 허가에 대한 경고문

CSR을 승인하는 능력은 환경 내에서 누구를 신뢰하는지 결정한다. CSR 승인 능력은 광범위하거나 가볍게 부여해서는 안된다. 이 권한을 부여하기 전에 이전 섹션에서 언급한 요청의 요구 사항과 특정 인증서 발급의 영향을 완전히 이해해야 한다.

클러스터 관리자를 위한 참고 사항

이 가이드에서는 서명자가 인증서 API를 제공하도록 설정되었다고 가정한다. 쿠버네티스 컨트롤러 관리자는 서명자의 기본 구현을 제공한다. 이를 활성화하려면 인증 기관(CA)의 키 쌍에 대한 경로와 함께 --cluster-signing-cert-file 와 --cluster-signing-key-file 매개 변수를 컨트롤러 관리자에 전달한다.