运维锅总详解ACME协议

ACME作用及工作流程是什么？ACME的实现有哪些？Kubernetes中的cert-manager实现了ACME协议吗？ACME的历史演进又是怎样的？希望阅读完本文，能帮您解答这些疑惑！

一、ACME作用及工作流程

ACME (Automatic Certificate Management Environment) 协议主要用于自动化 TLS/SSL 证书的获取、配置和管理。它简化了证书的管理过程，提高了网站的安全性和可维护性。以下是 ACME 的主要作用和工作流程：

ACME 的主要作用

1. 自动化证书申请：用户自动生成证书请求并发送给证书颁发机构（CA）。
2. 自动化证书验证：CA 自动验证域名所有权（通过 HTTP-01、DNS-01 或 TLS-ALPN-01 挑战）。
3. 自动化证书颁发：验证通过后，CA 自动颁发证书并发送给客户端。
4. 自动化证书更新：在证书即将过期时，自动监控并更新证书。
5. 简化管理：减少人工操作的错误和维护成本，简化大规模证书管理。

ACME 工作流程

详细解释

1. Generate Key Pair：客户端生成一个新的密钥对。
2. Register Account：客户端向 CA 注册一个新的 ACME 账号，并使用生成的密钥对进行签名。
3. Apply for Certificate：客户端创建一个证书签名请求（CSR），并向 CA 提交申请。
4. Validation Challenge：CA 通过 ACME 协议执行验证挑战（Validation Challenge），验证域名所有权。
5. Issue Certificate：验证通过后，CA 向客户端颁发证书。
6. Deploy Certificate：客户端接收证书并将其部署到服务器上。
7. Certificate Renewal：在证书即将到期时，客户端会自动执行更新流程。

这个流程通过自动化操作极大地简化了证书管理，确保网站始终保持安全。

二、ACME的实现

ACME 协议有许多实现，它们提供了不同的功能和适应性，以满足各种需求。以下是一些著名的 ACME 实现：

1. Let's Encrypt (Certbot)

• 描述：Certbot 是一个由 Electronic Frontier Foundation (EFF) 开发的 ACME 客户端，专门用于与 Let's Encrypt 交互。它是最广泛使用的 ACME 客户端之一。
• 特点：易于使用、支持自动化、广泛的操作系统和 Web 服务器支持。
• 链接：Certbot[1]

2. acme.sh

• 描述：acme.sh 是一个纯 Shell 脚本实现的 ACME 客户端。它小巧、快速、支持多种 DNS API，用于自动化 DNS-01 验证挑战。
• 特点：轻量级、无外部依赖、支持广泛的 DNS 提供商。
• 链接：acme.sh[2]

3. Caddy

• 描述：Caddy 是一个自动化 HTTPS 的 Web 服务器。它内置了 ACME 客户端，能够自动获取和更新 TLS 证书。
• 特点：简单配置、自动 HTTPS、支持多种 Web 应用和反向代理。
• 链接：Caddy[3]

4. dehydrated

• 描述：dehydrated 是一个 Bash 脚本，实现了 ACME 协议。它设计简单，可定制性强。
• 特点：轻量级、可扩展、易于集成。
• 链接：dehydrated[4]

5. lego

• 描述：lego 是一个用 Go 语言编写的 ACME 客户端。它提供了广泛的 DNS 提供商支持，适合用于自动化 DNS-01 验证挑战。
• 特点：多语言支持、易于扩展、广泛的 DNS 提供商支持。
• 链接：lego[5]

6. Win-ACME

• 描述：Win-ACME 是一个用于 Windows 的 ACME 客户端，专门为在 Windows 环境中自动化获取和更新证书而设计。
• 特点：Windows 平台支持、易于使用、自动化任务计划。
• 链接：Win-ACME[6]

7. acmetool

• 描述：acmetool 是一个用于获取和管理 SSL/TLS 证书的工具，支持 ACME 协议。
• 特点：配置简单、自动化强、支持多种验证挑战。
• 链接：acmetool[7]

8. cert-manager

下文单独讲解。

这些实现都基于 ACME 协议，提供了自动化证书管理的功能，用户可以根据自己的需求选择最合适的实现。

三、Kubernetes中的cert-manager

Kubernetes 中的 cert-manager 实现了 ACME 协议，并可以使用 Let's Encrypt 作为 CA 来颁发证书。以下是关于 cert-manager 和 Let's Encrypt 的关系和工作机制的详细说明：

cert-manager 和 ACME

cert-manager 是一个 Kubernetes 插件，用于自动管理和颁发 TLS/SSL 证书。它支持多种 CA，包括 Let's Encrypt，并实现了 ACME 协议，以便自动化证书申请和管理。

Let's Encrypt 和 ACME

Let's Encrypt 是一个免费、自动化和开放的证书颁发机构（CA）。它实现了 ACME 协议，使得网站管理员能够轻松地获取、更新和管理 SSL/TLS 证书。ACME（Automatic Certificate Management Environment）是 Let's Encrypt 开发的协议，用于自动化与 CA 的交互。

工作机制

1. cert-manager 实现 ACME：cert-manager 实现了 ACME 客户端逻辑，通过 ACME 协议与 CA（例如 Let's Encrypt）通信。cert-manager 负责自动化证书的申请、验证、颁发和续订过程。
2. Let's Encrypt 实现 ACME 服务器：Let's Encrypt 实现了 ACME 协议的服务器端逻辑，处理来自 ACME 客户端（如 cert-manager）的证书申请和验证请求。

工作流程

1. 配置 cert-manager：
   • 创建一个 Issuer 或 ClusterIssuer 资源，配置 Let's Encrypt 的 ACME 服务器 URL 及相关验证挑战（HTTP-01 或 DNS-01）。
   • 创建一个 Certificate 资源，定义需要申请证书的域名及使用的 Issuer。
2. cert-manager 与 Let's Encrypt 交互：
   • cert-manager 监控 Certificate 资源并向 Let's Encrypt 发送证书申请请求（CSR）。
   • Let's Encrypt 返回验证挑战（HTTP-01 或 DNS-01）。
   • cert-manager 部署验证挑战（例如，创建 DNS 记录或 HTTP 文件）。
   • Let's Encrypt 验证域名所有权。
   • 验证成功后，Let's Encrypt 向 cert-manager 颁发证书。
   • cert-manager 将证书存储在 Kubernetes Secret 中，并更新相应的应用配置。

Mermaid 图示

以下是 cert-manager 和 Let's Encrypt 交互的 Mermaid 图示：

在这里插入图片描述

详细解释

1. 配置 cert-manager：用户在 Kubernetes 中创建 Issuer 和 Certificate 资源。
2. 申请证书：cert-manager 通过 ACME 协议向 Let's Encrypt 申请证书。
3. 验证挑战：Let's Encrypt 返回验证挑战，cert-manager 部署挑战资源。
4. 验证域名所有权：Let's Encrypt 验证挑战成功后，颁发证书。
5. 部署证书：cert-manager 将证书存储在 Kubernetes Secret 中，并通知应用更新。
6. 自动续订：cert-manager 定期检查证书有效期，并自动处理续订。

通过这种方式，cert-manager 实现了 ACME 协议客户端逻辑，而 Let's Encrypt 提供了 ACME 协议的服务器端，实现自动化的证书管理。

四、ACME历史演进

ACME（Automatic Certificate Management Environment）协议的历史与 Let's Encrypt 的发展密切相关。以下是 ACME 协议的发展历程：

早期背景

在 ACME 之前，获取和管理 SSL/TLS 证书是一个复杂且手动的过程，需要网站管理员生成证书签名请求（CSR）、验证域名所有权、支付费用，并手动安装和配置证书。这种繁琐的过程使得很多网站没有部署 HTTPS，从而影响了网络的安全性。

Let's Encrypt 的诞生

1. 2012年：Internet Security Research Group（ISRG）成立，旨在促进互联网安全。
2. 2014年11月18日：ISRG 宣布启动 Let's Encrypt 项目，计划提供一个免费、自动化和开放的证书颁发机构（CA），以简化 HTTPS 部署。

ACME 协议的发展

1. 2015年1月：ISRG 开始开发 ACME 协议，作为 Let's Encrypt 自动化证书管理的核心协议。
2. 2015年6月：ACME 协议初版发布，目的是自动化 SSL/TLS 证书的获取和管理，包括验证域名所有权、申请证书和自动续订。
3. 2015年9月14日：Let's Encrypt 发布公开测试版，并开始接受证书申请。
4. 2016年4月12日：Let's Encrypt 正式发布，ACME 协议成为其核心组件，使得网站管理员可以自动化获取和管理证书。

ACME 标准化

1. 2016年3月：ISRG 向 IETF（Internet Engineering Task Force）提交 ACME 协议草案，以便将其标准化。
2. 2018年3月：IETF 发布 ACME 版本 1.0 的草案（RFC 8555），标志着 ACME 成为一个正式的互联网标准。

ACME 1.0 和 2.0

1. 2018年：ACME v2 版本发布，增加了对新的验证挑战类型（例如 TLS-ALPN-01）的支持，改进了协议的安全性和灵活性。
2. 2018年3月：Let's Encrypt 开始支持 ACME v2 协议，使得用户能够使用改进后的功能和更安全的验证机制。

影响和普及

自 ACME 协议发布以来，它极大地简化了 HTTPS 的部署，促进了互联网的安全性。许多开源工具和服务（如 cert-manager、Certbot、acme.sh 等）基于 ACME 协议，帮助用户自动化管理 SSL/TLS 证书。

总结

ACME 协议由 ISRG 创建并通过 Let's Encrypt 推广，以简化和自动化 SSL/TLS 证书的管理。通过 IETF 的标准化，ACME 成为一种广泛使用的协议，推动了 HTTPS 的普及，提高了互联网的安全性。

参考资料

[1]

Certbot: https://certbot.eff.org/

[2]

acme.sh: https://github.com/acmesh-official/acme.sh

[3]

Caddy: https://caddyserver.com/

[4]

dehydrated: https://github.com/dehydrated-io/dehydrated

[5]

lego: https://github.com/go-acme/lego

[6]

Win-ACME: https://www.win-acme.com/

[7]

acmetool: https://github.com/hlandau/acme