Kubernetes环境cert-manager部署与应用

概述

本文用于整理基于Kubernetes环境的cert-manager部署与应用，实现证书管理和Ingress启用TLS配置。

随着各相关组件版本的更新，笔者将在验证通过后对本文进行补充和更新，请参考更新记录。

本次演练环境为Kubernetes集群环境，环境配置可参考笔者另一篇笔记《Kubernetes集群部署笔记》。

本次演练使用Traefik作为Ingress Controller实现，环境配置可参考笔者另一篇笔记《Kubernetes环境Traefik部署与应用》。

本次演练使用Cloudflare提供的DNS解析服务，并假定读者已经注册了Cloudflare并正确配置了网站。有关Cloudflare的配置和使用，请参考Cloudflare帮助中心或相关文档。

组件版本

• cert-manager v1.20.1

配置过程

安装cert-manager

• 参考官方文档，使用kubectl安装cert-manager，所有参数使用默认值，这将会把cert-manager安装至cert-manager命名空间。

  kubectl apply -f https://github.com/cert-manager/cert-manager/releases/download/v1.20.1/cert-manager.yaml

配置Issuer和ClusterIssuer

• 配置API Token

  本次演练使用Cloudflare提供的DNS解析服务，实现通过DNS-01质询方式申请证书，可根据需要替换为其他支持的DNS-01验证程序，或通过Webhook方式扩展cert-manager对其他DNS解析服务的支持。

  首先，登录Cloudflare控制面板，打开API Tokens页面，按照cert-manager文档中的说明，创建一个API Token，记录该API Token的值用于后续操作。

  - Permissions
    - Zone - DNS - Edit
    - Zone - Zone - Read
  - Zone Resources:
    - Include - All Zones

• 创建Issuer和ClusterIssuer

  cert-manager提供两种用于签发证书的对象：Issuer和ClusterIssuer，简单地说，Issuer是命名空间级别的资源，无法用于处理跨命名空间的证书签发请求；ClusterIssuer是集群级别的资源，可以用于处理跨命名空间的证书签发请求。

  创建一个Issuer对象。

  cat <<EOF | kubectl apply -f - > /dev/null
  apiVersion: v1
  kind: Secret
  metadata:
    name: cloudflare-api-token-secret
    namespace: apps-choral
  type: Opaque
  stringData:
    api-token: '<REDACTED>' # 这里的值为[配置API Token]一节中创建的API Token值
  
  ---
  apiVersion: cert-manager.io/v1
  kind: Issuer
  metadata:
    name: cloudflare-acme-issuer
    namespace: apps-choral
  spec:
    acme:
      email: '<REDACTED>'
      # 配置证书目录，演练环境使用Staging环境
      # server: https://acme-v02.api.letsencrypt.org/directory
      server: https://acme-staging-v02.api.letsencrypt.org/directory
      privateKeySecretRef:
        name: acme-issuer-account-key
      solvers:
      - dns01:
          cloudflare:
            apiTokenSecretRef:
              name: cloudflare-api-token-secret # 引用当前文档中创建的Secret名称
              key: api-token
  EOF

  创建一个ClusterIssuer对象。

  cat <<EOF | kubectl apply -f - > /dev/null
  apiVersion: v1
  kind: Secret
  metadata:
    name: cloudflare-api-token-secret
    namespace: cert-manager # 这里配置为安装cert-manager资源的命名空间
  type: Opaque
  stringData:
    api-token: '<REDACTED>' # 这里的值为[配置API Token]一节中创建的API Token值
  
  ---
  apiVersion: cert-manager.io/v1
  kind: ClusterIssuer
  metadata:
    name: cloudflare-acme-cluster-issuer
  spec:
    acme:
      email: '<REDACTED>'
      # 配置证书目录，演练环境使用Staging环境
      # server: https://acme-v02.api.letsencrypt.org/directory
      server: https://acme-staging-v02.api.letsencrypt.org/directory
      privateKeySecretRef:
        name: acme-issuer-account-key
      solvers:
      - dns01:
          cloudflare:
            apiTokenSecretRef:
              name: cloudflare-api-token-secret # 引用当前文档中创建的Secret名称
              key: api-token
  EOF

配置Ingress TLS

可以通过手动创建或基于注解自动创建Certificate资源，cert-manager会自动管理签发证书并保存至指定的Secret对象中，并自动管理续期。

• 手动创建Certificate资源

  首选，创建一个Certificate对象，这会触发spec.issuerRef字段指定的Issuer或ClusterIssuer签发TLS证书，并保存至spec.secretName字段指定的Secret对象中。

  cat <<EOF | kubectl apply -f - > /dev/null
  apiVersion: cert-manager.io/v1
  kind: Certificate
  metadata:
    name: cert-local-choral-io
    namespace: apps-choral
  spec:
    dnsNames:
    - 'local.choral.io'
    - '*.local.choral.io'
    issuerRef:
      kind: ClusterIssuer
      name: cloudflare-acme-cluster-issuer
    secretName: cert-local-choral-io
  EOF

  证书签发成功后，配置Ingress使用指定的Secret实现TLS。

  cat <<EOF | kubectl apply -f - > /dev/null
  apiVersion: networking.k8s.io/v1
  kind: Ingress
  metadata:
    name: whoami
    namespace: apps-choral
    annotations:
      traefik.ingress.kubernetes.io/router.entrypoints: websecure
  spec:
    tls:
      - secretName: cert-local-choral-io
    rules:
      - host: whoami.local.choral.io
        http:
          paths:
            - path: /
              pathType: Prefix
              backend:
                service:
                  name: whoami
                  port:
                    number: 80
  EOF

• 配置Ingress注解自动创建Certificate资源

  配置Ingress注解，使用cert-manager.io/issuer指定Issuer，或使用cert-manager.io/issuer指定ClusterIssuer，这会触发指定的Issuer或ClusterIssuer签发TLS证书，并保存至spec.tls[*].secretName字段指定的Secret对象中。

  cat <<EOF | kubectl apply -f - > /dev/null
  apiVersion: networking.k8s.io/v1
  kind: Ingress
  metadata:
    name: whoami
    namespace: apps-choral
    annotations:
      cert-manager.io/issuer: cloudflare-acme-issuer
      traefik.ingress.kubernetes.io/router.entrypoints: websecure
  spec:
    tls:
      - hosts:
          - whoami.local.choral.io
        secretName: cert-local-choral-io
    rules:
      - host: whoami.local.choral.io
        http:
          paths:
            - path: /
              pathType: Prefix
              backend:
                service:
                  name: whoami
                  port:
                    number: 80
  EOF

参考资料

• https://cert-manager.io/docs/

• https://letsencrypt.org/docs/challenge-types/