Zertifizierungsstellen für Nutzercluster rotieren

Google Distributed Cloud verwendet Zertifikate und private Schlüssel zur Authentifizierung und Verschlüsselung von Verbindungen zwischen Systemkomponenten in Nutzer-Clustern. Der Administratorcluster erstellt für jeden Nutzercluster einen neuen Satz von Zertifizierungsstellen (Certificate Authorities, CAs) und verwendet CA-Zertifikate, um zusätzliche untergeordnete Zertifikate für Systemkomponenten auszustellen. Der Administratorcluster verwaltet die Verteilung der Schlüsselpaare für öffentliche CA-Zertifikate und für das untergeordnete Zertifikat an Systemkomponenten, um eine sichere Kommunikation für sie zu gewährleisten.

Mit dem CA-Rotations-Feature für Nutzercluster können Sie die Rotation der Kernsystemzertifikate in einem Nutzercluster auslösen. Bei einer Rotation ersetzt der Administratorcluster die Kernsystem-CAs für den Nutzercluster durch neu generierte CAs und verteilt die Schlüsselpaare für die neuen öffentlichen CA-Zertifikate und für das untergeordnete Zertifikat an Systemkomponenten des Nutzerclusters. Die Rotation erfolgt schrittweise, damit Systemkomponenten während der Rotation weiterhin kommunizieren können. Beachten Sie jedoch, dass Arbeitslasten und Knoten während der Rotation neu gestartet werden.

Für jeden Nutzercluster werden vom Administratorcluster drei System-CAs verwaltet:

  • Die etcd-CA schützt die Kommunikation vom API-Server zu den etcd-Replikaten sowie den Traffic zwischen etcd-Replikaten. Diese Zertifizierungsstelle (CA) ist selbstsigniert.
  • Die Clusterzertifizierungsstelle sichert die Kommunikation zwischen dem API-Server und allen internen Kubernetes API-Clients (Kubelets, Controller, Planer). Diese Zertifizierungsstelle (CA) ist selbstsigniert.
  • Die Front-Proxy-CA schützt die Kommunikation mit aggregierten APIs. Diese Zertifizierungsstelle ist selbst signiert.

Außerdem können Sie eine Organisations-CA verwenden, um das mit der Option authentication.sni konfigurierte Zertifikat zu signieren. Diese CA und das SNI-Zertifikat werden zur Bereitstellung der Kubernetes API für Clients außerhalb des Clusters genutzt. Sie verwalten diese CA und generieren das SNI-Zertifikat manuell. Weder diese CA noch das SNI-Zertifikat sind vom CA-Rotations-Feature für Nutzercluster betroffen.

Beschränkungen

  • Beachten Sie die folgende Einschränkung bei erweiterten Clustern:

    • Version 1.31: Die CA-Rotation wird in erweiterten Clustern nicht unterstützt.
    • Version 1.32 und höher: Die CA-Rotation wird in erweiterten Clustern unterstützt. Es gibt jedoch einige kleinere Unterschiede, die gegebenenfalls in diesem Dokument erwähnt werden.

  • Die Rotation von CA-Zertifikaten ist auf die zuvor genannten etcd-, Cluster- und Front-Proxy-CAs beschränkt.

  • Die Rotation von CA-Zertifikaten ist auf Zertifikate beschränkt, die automatisch von Google Distributed Cloud ausgestellt werden. Zertifikate, die von einem Administrator manuell ausgestellt wurden, werden nicht aktualisiert, auch wenn sie von den System-CAs signiert sind.

  • Für eine CA-Rotation müssen der API-Server, andere Prozesse der Steuerungsebene und alle Knoten im Cluster mehrmals neu gestartet werden. Jede Phase der CA-Rotation verläuft ähnlich wie ein Clusterupgrade. Während der Nutzercluster während einer CA-Rotation weiter funktionsfähig ist, sollten Sie davon ausgehen, dass Arbeitslasten neu gestartet und neu geplant werden. Außerdem sollten Sie mit kurzen Ausfallzeiten der Steuerungsebene rechnen, wenn Ihr Nutzercluster keine hochverfügbare Steuerungsebene hat.

  • Sie müssen die kubeconfig-Datei des Nutzerclusters und die Konfigurationsdateien für die Authentifizierung nach einer CA-Rotation aktualisieren. Das liegt daran, dass das alte Clusterzertifikat widerrufen wird und die Anmeldedaten in der kubeconfig-Datei nicht mehr funktionieren.

  • Nachdem eine CA-Rotation gestartet wurde, kann sie nicht mehr pausiert oder rückgängig gemacht werden.

  • Eine CA-Rotation kann je nach Größe des Nutzerclusters sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.

Zertifizierungsstelle-Rotation durchführen

  1. Starten Sie die Rotation:

    gkectl update credentials certificate-authorities rotate \
    --config USER_CLUSTER_CONFIG \
    --kubeconfig ADMIN_CLUSTER_KUBECONFIG

    Ersetzen Sie dabei Folgendes:

    • USER_CLUSTER_CONFIG: der Pfad Ihrer Nutzerclusterkonfigurationsdatei

    • ADMIN_CLUSTER_KUBECONFIG: der Pfad der kubeconfig-Datei des Administratorclusters

Das Verhalten des Befehls hängt davon ab, ob der erweiterte Cluster aktiviert ist:

Nicht aktiviert

Wenn der erweiterte Cluster im Cluster nicht aktiviert ist, ist der Befehl asynchron. Er startet die CA-Rotation und wird dann beendet. Sie müssen die Ausgabe des Befehls nicht während der gesamten CA-Rotation im Auge behalten. Stattdessen können Sie den Fortschritt regelmäßig mit dem Befehl gkectl update credentials certificate-authorities status prüfen.

Wenn die CA-Rotation erfolgreich gestartet wurde, wird eine Meldung wie die folgende angezeigt:

successfully started the CA rotation with CAVersion 2, use gkectl update credentials certificate-authorities status command to view the current state of CA rotation

Wenn bereits eine CA-Rotation ausgeführt wird, wird eine Fehlermeldung wie die folgende angezeigt:

Exit with error:
admission webhook "vonpremusercluster.onprem.cluster.gke.io" denied the request: requests must not modify CAVersion when cluster is not ready: ready condition is not true: ClusterCreateOrUpdate: Creating or updating user cluster control plane workloads

So sehen Sie sich den Status der Rotation an:

gkectl update credentials certificate-authorities status \
    --config USER_CLUSTER_CONFIG \
    --kubeconfig ADMIN_CLUSTER_KUBECONFIG

Der vorherige Befehl gibt die CAVersion zurück. Das ist eine Ganzzahl, die vom System automatisch erhöht wird, um die CAs zu unterscheiden, die vor und nach einer Rotation verwendet werden. Der Befehl gibt auch einen Status (True oder False) zurück, der angibt, ob die CA-Rotation abgeschlossen ist, sowie eine Meldung, in der beschrieben wird, welche CAVersion derzeit von den einzelnen Komponenten des Systems verwendet wird.

Wenn die CA-Rotation bereits abgeschlossen ist, wird eine Meldung wie diese angezeigt:

State of CARotation with CAVersion 2 is -
status: True,
reason: CARotationCompleted,
message: Control plane has CA bundle [2], certs from CA 2, CA 2 is CSR signer. Data plane has CA bundle [2], CA 2 was CSR signer at last restart.

Wenn die CA-Rotation noch ausgeführt wird, wird eine Meldung wie diese angezeigt:

State of CARotation with CAVersion 2 is -
status: False,
reason: CARotationProgressed,
message: Control plane has CA bundle [1 2], certs from CA 2, CA 1 is CSR signer. Data plane has CA bundle [1 2], CA 1 was CSR signer at last restart.

Anmeldedaten des Nutzerclusters aktualisieren

In Clustern, in denen der erweiterte Cluster nicht aktiviert ist, müssen Sie eine neue kubeconfig-Datei des Nutzerclusters vom Administratorcluster abrufen. Dies ist erforderlich, da die CA-Rotation die alte CA widerruft, auf der die alte kubeconfig-Datei basiert.

So rufen Sie eine neue kubeconfig-Datei ab:

kubectl --kubeconfig ADMIN_CLUSTER_KUBECONFIG get secret admin \
  -n USER_CLUSTER_NAME -o jsonpath='{.data.admin\.conf}' \
  | base64 --decode > USER_CLUSTER_NAME-kubeconfig

Aktiviert

Wenn der erweiterte Cluster aktiviert ist, ist der Befehl gkectl update credentials certificate-authorities rotate synchron. Der Befehl gibt Statusmeldungen an die Administratorworkstation aus, während die CA-Rotation ausgeführt wird.

Nachdem die CA erfolgreich rotiert wurde, wird der Befehl beendet und eine neue kubeconfig-Datei automatisch generiert. Die Befehlsausgabe enthält den Namen der neuen kubeconfig-Datei und sieht in etwa so aus:

Beginning CA rotation with generated CA
...
Successfully rotated CA for user cluster "USER_CLUSTER_NAME". The
kubeconfig file "/home/ubuntu"/USER_CLUSTER_NAME-kubeconfig" has
been updated.

Die neue kubeconfig-Datei befindet sich im selben Verzeichnis wie die kubeconfig-Datei des Administratorclusters, die Sie im Befehl angegeben haben. Der Name der neuen kubeconfig ist USER_CLUSTER_NAME-kubeconfig.

Neue kubeconfig-Datei verteilen

Verteilen Sie die neue kubeconfig-Datei an alle, die eine kubeconfig-Datei verwenden, um mit dem Cluster zu interagieren.

Konfigurationsdateien für die Authentifizierung aktualisieren

Nach Abschluss der CA-Rotation müssen die Konfigurationsdateien für die Authentifizierung aktualisiert und neu verteilt werden. Weitere Informationen finden Sie unter Nutzeridentität verwalten.

Rotation der Zertifikate der Steuerungsebene

Ohne Rotation laufen sowohl die CAs des Nutzerclusters als auch die Zertifikate der Steuerungsebene zehn Jahre nach der Erstellung des Clusters ab (bei Versionen vor 1.36.100 laufen diese Zertifikate nach fünf Jahren ab). Die Zertifikate der Nutzercluster werden innerhalb von zehn Stunden nach jedem Upgrade des Nutzerclusters automatisch rotiert. Die Zertifizierungsstellen werden jedoch nicht automatisch rotiert. Das bedeutet, dass zusätzlich zu den regulären Versionsupgrades mindestens alle zehn Jahre (fünf Jahre bei Versionen vor 1.36.100) eine Rotation der Zertifizierungsstelle durchgeführt werden muss.

Damit ein Nutzercluster verfügbar bleibt, werden Zertifikate der Steuerungsebene innerhalb von zehn Stunden nach einem Nutzercluster-Upgrade rotiert. In diesem Fall wird eine Nachricht im Rotationsstatus der Zertifizierungsstelle des Nutzerclusters angezeigt.

So sehen Sie sich die letzte Version an, auf die ein Nutzercluster aktualisiert wurde, als Zertifikate der Steuerungsebene rotiert wurden:

gkectl update credentials certificate-authorities status \
--config USER_CLUSTER_CONFIG \
--kubeconfig ADMIN_CLUSTER_KUBECONFIG

Die Informationen werden innerhalb von zehn Stunden nach einem Upgrade am Ende des Felds message angezeigt. Beispiel:

Last Leaf Certificates Rotation Version: 1.16.0-gke.0.

Fehlerbehebung bei CA-Rotationen

Der Befehl gkectl diagnose unterstützt die Prüfung des erwarteten Status einer abgeschlossenen CA-Rotation für einen Nutzercluster. Eine Anleitung zum Ausführen von gkectl diagnose in einem Nutzercluster finden Sie unter Clusterprobleme diagnostizieren. Wenn bei der CA-Rotation Probleme auftreten, wenden Sie sich an den Google-Support und geben Sie dabei die Ausgabe von gkectl diagnose an.