Citadel

Citadel 是 Istio 中负责身份认证和证书管理的核心安全组件,1.5 版本之后取消了独立进程,作为一个模块被整合在 istiod 中。本小节我们来介绍一下 Citadel 的基本工作原理。

Citadel 基本功能

总体来说,Istio 在安全架构方面主要包括以下内容:

  • 证书签发机构(CA)负责密钥和证书管理
  • API 服务器将安全配置分发给数据平面
  • 客户端、服务端通过代理安全通信
  • Envoy 代理管理遥测和审计

Istio 的身份标识模型使用一级服务标识来确定请求的来源,它可以灵活的标识终端用户、工作负载等。在平台层面,Istio 可以使用类似于服务名称来标识身份,或直接使用平台提供的服务标识。比如 Kubernetes 的 ServiceAccount,AWS IAM 用户、角色账户等。

在身份和证书管理方面,Istio 使用 X.509 证书,并支持密钥和证书的自动轮换。从 1.1 版本开始,Istio 开始支持安全发现服务器(SDS),随着不断的完善和增强,1.5 版本 SDS 已经成为默认开启的组件。Citadel 以前有两个功能:将证书以 Secret 的方式挂载到命名空间里;通过 SDS gRPC 接口与 nodeagent(已废弃)通信。目前 Citadel 只需要完成与 SDS 相关的工作,其他功能被移动到了 istiod 中。

Citadel 工作原理

Citadel 主要包括 CA 服务器、SDS 服务器、证书密钥控制器等模块,它们的工作原理如下。

CA 服务器

Citadel 中的 CA 签发机构是一个 gRPC 服务器,启动时会注册两个 gRPC 服务,一个是 CA 服务,用来处理 CSR 请求(certificate signing request);另外一个是证书服务,用来签发证书。CA 首先通过 HandleCSR 接口处理来自客户端的 CSR 请求,对客户端进行身份验证(包括 TLS 认证和 JWT 认证),验证成功后会调用 CreateCertificate 进行证书签发。

SDS 服务器

SDS 即安全发现服务(Secret discovery service),它是一种在运行时动态获取证书私钥的 API,Envoy 代理通过 SDS 动态获取证书私钥。Istio 中的 SDS 服务器负责证书管理,并实现了安全配置的自动化。相比传统的方式,使用 SDS 主要有以下优点:

  • 无需挂载 Secret 卷
  • 动态更新证书,无需重启
  • 可以监听多个证书密钥对 身份认证流程(图片来自 Istio 官方网站) 目前的版本中,SDS 是默认开启的,它的工作流程如下:
  • Envoy 通过 SDS API 发送证书和密钥请求
  • istio-agent 作为 Envoy 的代理,创建一个私钥和证书签名请求(CSR),并发送给 istiod
  • CA 机构验证收到的 CSR 并生成证书
  • istio-agent 将私钥和从 istiod 收到的证书通过 SDS API 发送给 Envoy
  • 以上流程周期性执行实现密钥和证书轮换

证书密钥控制器

证书密钥控制器(CaSecretController)监听 istio.io/key-and-cert 类型的 Secret 资源,它会周期性的检查证书是否过期,并更新证书。

证书轮换

如果没有自动证书轮换功能,当证书过期时,就不得不重启签发,并重启代理。证书轮换解决了这一问题,提高了服务的可用性。Istio 里通过一个轮换器(Rotator)自动检查自签名的根证书,并在证书即将过期时进行更新,它本质上是一个协程(goroutine)在后台轮询实现的:

  • 获取当前证书,解析证书的有效期并获取下一次轮换时间
  • 启动定时器,如果发现证书到达轮换时间,从 CA 获取最新的证书密钥对
  • 更新证书

小结

本节我们介绍了 Citadel 的基本组成和工作原理。随着 1.5 版本新架构的发布,Citadel 从独立的进程变成了 istiod 中的一个模块,其功能也逐渐被弱化,目前主要和 istiod、istio-agent 协同工作,负责证书和密钥管理。

参考

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