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为 MySQL 客户端开启 TLS

本文主要描述了在 Kubernetes 上如何为 TiDB 集群的 MySQL 客户端开启 TLS。TiDB Operator 从 v1.1 开始已经支持为 Kubernetes 上 TiDB 集群开启 MySQL 客户端 TLS。开启步骤为：

  1. 为 TiDB Server 颁发一套 Server 端证书，为 MySQL Client 颁发一套 Client 端证书。并创建两个 Secret 对象，Secret 名字分别为：${cluster_name}-tidb-server-secret 和 ${cluster_name}-tidb-client-secret，分别包含前面创建的两套证书；

  2. 部署集群，设置 .spec.tidb.tlsClient.enabled 属性为 true；

  3. 配置 MySQL 客户端使用加密连接。

其中，颁发证书的方式有多种，本文档提供两种方式，用户也可以根据需要为 TiDB 集群颁发证书，这两种方式分别为：

  • 使用 cfssl 系统颁发证书；
  • 使用 cert-manager 系统颁发证书；

当需要更新已有 TLS 证书时，可参考更新和替换 TLS 证书。

第一步：为 TiDB 集群颁发两套证书

使用 cfssl 系统颁发证书

  1. 首先下载 cfssl 软件并初始化证书颁发机构：

    mkdir -p ~/bin
curl -s -L -o ~/bin/cfssl https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
curl -s -L -o ~/bin/cfssljson https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
chmod +x ~/bin/{cfssl,cfssljson}
export PATH=$PATH:~/bin

mkdir -p cfssl
cd cfssl
cfssl print-defaults config > ca-config.json
cfssl print-defaults csr > ca-csr.json

  2. 在 ca-config.json 配置文件中配置 CA 选项：

    {
    "signing": {
        "default": {
            "expiry": "8760h"
        },
        "profiles": {
            "server": {
                "expiry": "8760h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "server auth"
                ]
            },
            "client": {
                "expiry": "8760h",
                "usages": [
                    "signing",
                    "key encipherment",
                    "client auth"
                ]
            }
        }
    }
}

  3. 您还可以修改 ca-csr.json 证书签名请求 (CSR)：

    {
    "CN": "TiDB Server",
    "CA": {
        "expiry": "87600h"
    },
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "US",
            "L": "CA",
            "O": "PingCAP",
            "ST": "Beijing",
            "OU": "TiDB"
        }
    ]
}

  4. 使用定义的选项生成 CA：

    cfssl gencert -initca ca-csr.json | cfssljson -bare ca -

  5. 生成 Server 端证书。

    首先生成默认的 server.json 文件：

    cfssl print-defaults csr > server.json

    然后编辑这个文件，修改 CN，hosts 属性：

    ...
    "CN": "TiDB Server",
    "hosts": [
      "127.0.0.1",
      "::1",
      "${cluster_name}-tidb",
      "${cluster_name}-tidb.${namespace}",
      "${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc",
      "*.${cluster_name}-tidb",
      "*.${cluster_name}-tidb.${namespace}",
      "*.${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc",
      "*.${cluster_name}-tidb-peer",
      "*.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}",
      "*.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}.svc"
    ],
...

    其中 ${cluster_name} 为集群的名字，${namespace} 为 TiDB 集群部署的命名空间，用户也可以添加自定义 hosts。

    最后生成 Server 端证书：

    cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=server server.json | cfssljson -bare server

  6. 生成 Client 端证书。

    首先生成默认的 client.json 文件：

    cfssl print-defaults csr > client.json

    然后编辑这个文件，修改 CN，hosts 属性，hosts 可以留空：

    ...
    "CN": "TiDB Client",
    "hosts": [],
...

    最后生成 Client 端证书：

    cfssl gencert -ca=ca.pem -ca-key=ca-key.pem -config=ca-config.json -profile=client client.json | cfssljson -bare client

  7. 创建 Kubernetes Secret 对象。

    到这里假设你已经按照上述文档把两套证书都创建好了。通过下面的命令为 TiDB 集群创建 Secret 对象：

    kubectl create secret generic ${cluster_name}-tidb-server-secret --namespace=${namespace} --from-file=tls.crt=server.pem --from-file=tls.key=server-key.pem --from-file=ca.crt=ca.pem
kubectl create secret generic ${cluster_name}-tidb-client-secret --namespace=${namespace} --from-file=tls.crt=client.pem --from-file=tls.key=client-key.pem --from-file=ca.crt=ca.pem

    这样就给 Server/Client 端证书分别创建了：

    • 一个 Secret 供 TiDB Server 启动时加载使用;
    • 另一个 Secret 供 MySQL 客户端连接 TiDB 集群时候使用。

用户可以生成多套 Client 端证书，并且至少要生成一套 Client 证书供 TiDB Operator 内部组件访问 TiDB Server（目前有 TidbInitializer 会访问 TiDB Server 来设置密码或者一些初始化操作）。

使用 cert-manager 颁发证书

  1. 安装 cert-manager。

    请参考官网安装：cert-manager installation in Kubernetes。

  2. 创建一个 Issuer 用于给 TiDB 集群颁发证书。

    为了配置 cert-manager 颁发证书，必须先创建 Issuer 资源。

    首先创建一个目录保存 cert-manager 创建证书所需文件：

    mkdir -p cert-manager
cd cert-manager

    然后创建一个 tidb-server-issuer.yaml 文件，输入以下内容：

    apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Issuer
metadata:
  name: ${cluster_name}-selfsigned-ca-issuer
  namespace: ${namespace}
spec:
  selfSigned: {}
---
apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-ca
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-ca-secret
  commonName: "TiDB CA"
  isCA: true
  duration: 87600h # 10yrs
  renewBefore: 720h # 30d
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-selfsigned-ca-issuer
    kind: Issuer
---
apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Issuer
metadata:
  name: ${cluster_name}-tidb-issuer
  namespace: ${namespace}
spec:
  ca:
    secretName: ${cluster_name}-ca-secret

    上面的文件创建三个对象：

    • 一个 SelfSigned 类型的 Issuer 对象（用于生成 CA 类型 Issuer 所需要的 CA 证书）;
    • 一个 Certificate 对象，isCa 属性设置为 true；
    • 一个可以用于颁发 TiDB Server TLS 证书的 Issuer。

    最后执行下面的命令进行创建：

    kubectl apply -f tidb-server-issuer.yaml

  3. 创建 Server 端证书。

    在 cert-manager 中，Certificate 资源表示证书接口，该证书将由上面创建的 Issuer 颁发并保持更新。

    首先来创建 Server 端证书，创建一个 tidb-server-cert.yaml 文件，并输入以下内容：

    apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-tidb-server-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-tidb-server-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "TiDB Server"
  usages:
    - server auth
  dnsNames:
    - "${cluster_name}-tidb"
    - "${cluster_name}-tidb.${namespace}"
    - "${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc"
    - "*.${cluster_name}-tidb"
    - "*.${cluster_name}-tidb.${namespace}"
    - "*.${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc"
    - "*.${cluster_name}-tidb-peer"
    - "*.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}"
    - "*.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}.svc"
  ipAddresses:
    - 127.0.0.1
    - ::1
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io

    其中 ${cluster_name} 为集群的名字：

    • spec.secretName 请设置为 ${cluster_name}-tidb-server-secret；
    • usages 请添加上 server auth；
    • dnsNames 需要填写这 6 个 DNS，根据需要可以填写其他 DNS：
      • ${cluster_name}-tidb
      • ${cluster_name}-tidb.${namespace}
      • ${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc
      • *.${cluster_name}-tidb
      • *.${cluster_name}-tidb.${namespace}
      • *.${cluster_name}-tidb.${namespace}.svc
      • *.${cluster_name}-tidb-peer
      • *.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}
      • *.${cluster_name}-tidb-peer.${namespace}.svc
    • ipAddresses 需要填写这两个 IP ，根据需要可以填写其他 IP：
      • 127.0.0.1
      • ::1
    • issuerRef 请填写上面创建的 Issuer；
    • 其他属性请参考 cert-manager API。

    通过执行下面的命令来创建证书：

    kubectl apply -f tidb-server-cert.yaml

    创建这个对象以后，cert-manager 会生成一个名字为 ${cluster_name}-tidb-server-secret 的 Secret 对象供 TiDB Server 使用。

  4. 创建 Client 端证书。

    创建一个 tidb-client-cert.yaml 文件，并输入以下内容：

    apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-tidb-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-tidb-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "TiDB Client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io

    其中 ${cluster_name} 为集群的名字：

    • spec.secretName 请设置为 ${cluster_name}-tidb-client-secret；
    • usages 请添加上 client auth；
    • dnsNames 和 ipAddresses 不需要填写；
    • issuerRef 请填写上面创建的 Issuer；
    • 其他属性请参考 cert-manager API。

    通过执行下面的命令来创建证书：

    kubectl apply -f tidb-client-cert.yaml

    创建这个对象以后，cert-manager 会生成一个名字为 ${cluster_name}-tidb-client-secret 的 Secret 对象供 TiDB Client 使用。

  5. 创建多套 Client 端证书（可选）。

    TiDB Operator 集群内部有 4 个组件需要请求 TiDB Server，当开启 TLS 验证后，这些组件可以使用证书来请求 TiDB Server，每个组件都可以使用单独的证书。这些组件有：

    • TidbInitializer
    • PD Dashboard
    • Backup
    • Restore

    如需要使用 TiDB Lightning 恢复 Kubernetes 上的集群数据，则也可以为其中的 TiDB Lightning 组件生成 Client 端证书。

    下面就来生成这些组件的 Client 证书。

    1. 创建一个 tidb-components-client-cert.yaml 文件，并输入以下内容：

      apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-tidb-initializer-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-tidb-initializer-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "TiDB Initializer client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io
---
apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-pd-dashboard-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-pd-dashboard-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "PD Dashboard client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io
---
apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-backup-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-backup-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "Backup client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io
---
apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-restore-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-restore-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "Restore client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io

      其中 ${cluster_name} 为集群的名字：

      • spec.secretName 请设置为 ${cluster_name}-${component}-client-secret；
      • usages 请添加上 client auth；
      • dnsNames 和 ipAddresses 不需要填写；
      • issuerRef 请填写上面创建的 Issuer；
      • 其他属性请参考 cert-manager API。

      如需要为 TiDB Lignting 组件生成 Client 端证书，则可以使用以下内容并通过在 TiDB Lightning 的 Helm Chart values.yaml 中设置 tlsCluster.tlsClientSecretName 为 ${cluster_name}-lightning-client-secret：

      apiVersion: cert-manager.io/v1alpha2
kind: Certificate
metadata:
  name: ${cluster_name}-lightning-client-secret
  namespace: ${namespace}
spec:
  secretName: ${cluster_name}-lightning-client-secret
  duration: 8760h # 365d
  renewBefore: 360h # 15d
  organization:
    - PingCAP
  commonName: "Lightning client"
  usages:
    - client auth
  issuerRef:
    name: ${cluster_name}-tidb-issuer
    kind: Issuer
    group: cert-manager.io

    2. 通过执行下面的命令来创建证书：

      kubectl apply -f tidb-components-client-cert.yaml

    3. 创建这些对象以后，cert-manager 会生成 4 个 Secret 对象供上面四个组件使用。

第二步：部署 TiDB 集群

接下来将会创建一个 TiDB 集群，并且执行以下步骤：

  • 开启 MySQL 客户端 TLS；
  • 对集群进行初始化（这里创建了一个数据库 app）;
  • 创建一个 Backup 对象对集群进行备份；
  • 创建一个 Restore 对象对进群进行恢复；
  • TidbInitializer，PD Dashboard，Backup 以及 Restore 分别使用单独的 Client 证书（用 tlsClientSecretName 指定）。

  1. 创建三个 .yaml 文件：

    • tidb-cluster.yaml:

      apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: TidbCluster
metadata:
 name: ${cluster_name}
 namespace: ${namespace}
spec:
 version: v5.0.6
 timezone: UTC
 pvReclaimPolicy: Retain
 pd:
   baseImage: pingcap/pd
   replicas: 1
   requests:
     storage: "1Gi"
   config: {}
   tlsClientSecretName: ${cluster_name}-pd-dashboard-client-secret
 tikv:
   baseImage: pingcap/tikv
   replicas: 1
   requests:
     storage: "1Gi"
   config: {}
 tidb:
   baseImage: pingcap/tidb
   replicas: 1
   service:
     type: ClusterIP
   config: {}
   tlsClient:
     enabled: true
---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: TidbInitializer
metadata:
 name: ${cluster_name}-init
 namespace: ${namespace}
spec:
 image: tnir/mysqlclient
 cluster:
   namespace: ${namespace}
   name: ${cluster_name}
 initSql: |-
   create database app;
 tlsClientSecretName: ${cluster_name}-tidb-initializer-client-secret

    • backup.yaml:

      apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: Backup
metadata:
  name: ${cluster_name}-backup
  namespace: ${namespace}
spec:
  backupType: full
  br:
    cluster: ${cluster_name}
    clusterNamespace: ${namespace}
    sendCredToTikv: true
  from:
    host: ${host}
    secretName: ${tidb_secret}
    port: 4000
    user: root
    tlsClientSecretName: ${cluster_name}-backup-client-secret
  s3:
    provider: aws
    region: ${my_region}
    secretName: ${s3_secret}
    bucket: ${my_bucket}
    prefix: ${my_folder}

    • restore.yaml:

      apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: Restore
metadata:
  name: ${cluster_name}-restore
  namespace: ${namespace}
spec:
  backupType: full
  br:
    cluster: ${cluster_name}
    clusterNamespace: ${namespace}
    sendCredToTikv: true
  to:
    host: ${host}
    secretName: ${tidb_secret}
    port: 4000
    user: root
    tlsClientSecretName: ${cluster_name}-restore-client-secret
  s3:
    provider: aws
    region: ${my_region}
    secretName: ${s3_secret}
    bucket: ${my_bucket}
    prefix: ${my_folder}

    其中 ${cluster_name} 为集群的名字，${namespace} 为 TiDB 集群部署的命名空间。通过设置 spec.tidb.tlsClient.enabled 属性为 true 来开启 MySQL 客户端 TLS。

  2. 部署 TiDB 集群：

    kubectl apply -f tidb-cluster.yaml

  3. 集群备份：

    kubectl apply -f backup.yaml

  4. 集群恢复：

    kubectl apply -f restore.yaml

第三步：配置 MySQL 客户端使用加密连接

可以根据官网文档提示，使用上面创建的 Client 证书，通过下面的方法连接 TiDB 集群：

获取 Client 证书的方式并连接 TiDB Server 的方法是：

kubectl get secret -n ${namespace} ${cluster_name}-tidb-client-secret  -ojsonpath='{.data.tls\.crt}' | base64 --decode > client-tls.crt
kubectl get secret -n ${namespace} ${cluster_name}-tidb-client-secret  -ojsonpath='{.data.tls\.key}' | base64 --decode > client-tls.key
kubectl get secret -n ${namespace} ${cluster_name}-tidb-client-secret  -ojsonpath='{.data.ca\.crt}'  | base64 --decode > client-ca.crt

mysql -uroot -p -P 4000 -h ${tidb_host} --ssl-cert=client-tls.crt --ssl-key=client-tls.key --ssl-ca=client-ca.crt

最后请参考 官网文档 来验证是否正确开启了 TLS。

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