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Kubernetes | 安全

PySuper
2021-06-20 / 0 评论 / 0 点赞 / 21 阅读 / 11402 字
温馨提示:
所有牛逼的人都有一段苦逼的岁月。 但是你只要像SB一样去坚持,终将牛逼!!! ✊✊✊

机制说明

Kubernetes 作为一个分布式集群的管理工具,保证集群的安全性是其一个重要的任务。API Server 是集群内部各个组件通信的中介,也是外部控制的入口。所以 Kubernetes 的安全机制基本就是围绕保护 API Server 来设计的。Kubernetes 使用了认证(Authentication)、鉴权(Authorization)、准入控制(AdmissionControl)三步来保证API Server的安全

Authentication

  • HTTP Token 认证:通过一个 Token 来识别合法用户
    • HTTP Token 的认证是用一个很长的特殊编码方式的并且难以被模仿的字符串 - Token 来表达客户的一种方式。Token 是一个很长的很复杂的字符串,每一个 Token 对应一个用户名存储在 API Server 能访问的文件中。当客户端发起 API 调用请求时,需要在 HTTP Header 里放入 Token
  • HTTP Base 认证:通过用户名+密码的方式认证
    • 用户名+:+密码用 BASE64 算法进行编码后的字符串放在 HTTP Request 中的 HeatherAuthorization 域里发送给服务端,服务端收到后进行编码,获取用户名及密码
  • 最严格的 HTTPS 证书认证:基于 CA 根证书签名的客户端身份认证方式

HTTPS 证书认证

需要认证的节点

image

两种类型

  • Kubenetes 组件对 API Server 的访问:kubectl、Controller Manager、Scheduler、kubelet、kube-proxy
  • Kubernetes 管理的 Pod 对容器的访问:Pod(dashborad 也是以 Pod 形式运行)

安全性说明

  • Controller Manager、Scheduler 与 API Server 在同一台机器,所以直接使用 API Server 的非安全端口访问,–insecure-bind-address=127.0.0.1
  • kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证

证书颁发

  • 手动签发:通过 k8s 集群的跟 ca 进行签发 HTTPS 证书
  • 自动签发:kubelet 首次访问 API Server 时,使用 token 做认证,通过后,Controller Manager 会为kubelet 生成一个证书,以后的访问都是用证书做认证了

kubeconfig

kubeconfig 文件包含集群参数(CA证书、API Server地址),客户端参数(上面生成的证书和私钥),集群context 信息(集群名称、用户名)。Kubenetes 组件通过启动时指定不同的 kubeconfig 文件可以切换到不同的集群

ServiceAccount

Pod中的容器访问API Server。因为Pod的创建、销毁是动态的,所以要为它手动生成证书就不可行了。Kubenetes使用了Service Account解决Pod 访问API Server的认证问题

Secret与SA

Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret,分为两类,一种是用于 ServiceAccount 的 service-account-token,另一种是用于保存用户自定义保密信息的 Opaque。ServiceAccount 中用到包含三个部分:

  • token是使用 API Server 私钥签名的 JWT。用于访问API Server时,Server端认证
  • ca.crt,根证书。用于Client端验证API Server发送的证书
  • namespace, 标识这个service-account-token的作用域名空间
kubectl get secret --all-namespaces

kubectl describe secret default-token-5gm9r --namespace=kube-system

默认情况下,每个 namespace 都会有一个 ServiceAccount,如果 Pod 在创建时没有指定 ServiceAccount,就会使用 Pod 所属的 namespace 的 ServiceAccount

总结

上面认证过程,只是确认通信的双方都确认了对方是可信的,可以相互通信。而鉴权是确定请求方有哪些资源的权限。API Server 目前支持以下几种授权策略(通过 API Server 的启动参数 “–authorization-mode” 设置)

  • AlwaysDeny:表示拒绝所有的请求,一般用于测试
  • AlwaysAllow:允许接收所有请求,如果集群不需要授权流程,则可以采用该策略
  • ABAC(Attribute-Based Access Control):基于属性的访问控制,表示使用用户配置的授权规则对用户请求进行匹配和控制
  • Webbook:通过调用外部 REST 服务对用户进行授权
  • RBAC(Role-Based Access Control):基于角色的访问控制,现行默认规则

RBAC授权模式

RBAC(Role-Based Access Control)基于角色的访问控制,在 Kubernetes 1.5 中引入,现行版本成为默认标准。相对其它访问控制方式,拥有以下优势:

  • 对集群中的资源和非资源均拥有完整的覆盖
  • 整个 RBAC 完全由几个 API 对象完成,同其它 API 对象一样,可以用 kubectl 或 API 进行操作
  • 可以在运行时进行调整,无需重启 API Server

RBAC 的 API 资源对象说明

RBAC 引入了 4 个新的顶级资源对象:Role、ClusterRole、RoleBinding、ClusterRoleBinding,4 种对象类型均可以通过 kubectl 与 API 操作

需要注意的是 Kubenetes 并不会提供用户管理,那么 User、Group、ServiceAccount 指定的用户又是从哪里来的呢? Kubenetes 组件(kubectl、kube-proxy)或是其他自定义的用户在向 CA 申请证书时,需要提供一个证书请求文件

{
    "CN": "admin",
    "hosts": [],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names": [
        {
            "C": "CN",
            "ST": "HangZhou",
            "L": "XS",
            "O": "system:masters",
            "OU": "System"
        }
    ]
}

API Server会把客户端证书的CN字段作为User,把names.O字段作为Group

kubelet 使用 TLS Bootstaping 认证时,API Server 可以使用 Bootstrap Tokens 或者 Token authenticationfile 验证=token,无论哪一种,Kubenetes 都会为 token 绑定一个默认的 User 和 Group

Pod使用 ServiceAccount 认证时,service-account-token 中的 JWT 会保存 User 信息

有了用户信息,再创建一对角色/角色绑定(集群角色/集群角色绑定)资源对象,就可以完成权限绑定了

Role and ClusterRole

在 RBAC API 中,Role 表示一组规则权限,权限只会增加(累加权限),不存在一个资源一开始就有很多权限而通过RBAC 对其进行减少的操作;Role 可以定义在一个 namespace 中,如果想要跨 namespace 则可以创建ClusterRole

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""] # "" indicates the core API group
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

ClusterRole 具有与 Role 相同的权限角色控制能力,不同的是 ClusterRole 是集群级别的,ClusterRole 可以用于:

  • 集群级别的资源控制( 例如 node 访问权限 )
  • 非资源型 endpoints( 例如/healthz访问 )
  • 所有命名空间资源控制(例如 pods )
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  # "namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced
  name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get","watch","list"]

RoleBinding and ClusterRoleBinding

RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组,RoleBinding 包含一组权限列表(subjects),权限列表中包含有不同形式的待授予权限资源类型(users, groups, or service accounts);RoloBinding 同样包含对被Bind 的 Role 引用;RoleBinding 适用于某个命名空间内授权,而 ClusterRoleBinding 适用于集群范围内的授权

将 default 命名空间的pod-reader Role 授予 jane 用户,此后 jane 用户在 default 命名空间中将具有pod-reader的权限

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: jane
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

RoleBinding 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内用户、用户组或 ServiceAccount 进行授权,这种操作允许集群管理员在整个集群内定义一些通用的 ClusterRole,然后在不同的 namespace 中使用RoleBinding 来引用例如,以下 RoleBinding 引用了一个 ClusterRole,这个 ClusterRole 具有整个集群内对 secrets 的访问权限;但是其授权用户dave只2能访问 development 空间中的 secrets(因为 RoleBinding 定义在 development 命名空间)

# This role binding allows "dave" to read secrets in the "development" namespace
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: development # This only grants permissions within the "development" namespace
subjects:
- kind: User
  name: dave
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

使用 ClusterRoleBinding 可以对整个集群中的所有命名空间资源权限进行授权;以下 ClusterRoleBinding 样例展示了授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问

# This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in anynamespace
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: read-secrets-global
subjects:
- kind: Group
  name: manager
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

Resources

Kubernetes 集群内一些资源一般以其名称字符串来表示,这些字符串一般会在 API 的 URL 地址中出现;同时某些资源也会包含子资源,例如 logs 资源就属于 pods 的子资源,API 中 URL 样例如下

GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/log

如果要在 RBAC 授权模型中控制这些子资源的访问权限,可以通过 / 分隔符来实现,以下是一个定义 pods 资资源logs 访问权限的 Role 定义样例

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: default
  name: pod-and-pod-logs-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods/log"]
  verbs: ["get","list"]

to Subjects

RoleBinding 和 ClusterRoleBinding 可以将 Role 绑定到 Subjects;Subjects 可以是 groups、users 或者service accounts

Subjects 中 Users 使用字符串表示,它可以是一个普通的名字字符串,如 “alice”;也可以是 email 格式的邮箱地址,如 “wangyanglinux@163.com”;甚至是一组字符串形式的数字 ID 。但是 Users 的前缀 system: 是系统保留的,集群管理员应该确保普通用户不会使用这个前缀格式

Groups 书写格式与 Users 相同,都为一个字符串,并且没有特定的格式要求;同样 system: 前缀为系统保留

实践:创建一个用户只能管理 dev 空间

{
    "CN": "devuser","hosts": [],"key": {"algo": "rsa","size": 2048  },"names": [    {"C": "CN","ST": "BeiJing","L": "BeiJing","O": "k8s","OU": "System"    }  ]}

# 下载证书生成工具
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64

mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson

wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl-certinfo

cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key  -profile=kubernetes /root/devuser-csr.json | cfssljson-bare devuser

# 设置集群参数
exportKUBE_APISERVER="https://11.11.11.11:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials devuser \
--client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/devuser.pem \
--client-key=/etc/kubernetes/ssl/devuser-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

# 设置上下文参数
kubectl config set-context kubernetes \
--cluster=kubernetes \
--user=devuser \
--namespace=dev \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

# 设置默认上下文
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=devuser.kubeconfig

cp-f ./devuser.kubeconfig /root/.kube/config

kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=devuser --namespace=dev

准入控制

准入控制是API Server的插件集合,通过添加不同的插件,实现额外的准入控制规则。甚至于API Server的一些主要的功能都需要通过 Admission Controllers 实现,比如 ServiceAccount官方文档上有一份针对不同版本的准入控制器推荐列表,其中最新的 1.14 的推荐列表是:

NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota

列举几个插件的功能:

  • NamespaceLifecycle:防止在不存在的 namespace 上创建对象,防止删除系统预置 namespace,删除namespace 时,连带删除它的所有资源对象。
  • LimitRanger:确保请求的资源不会超过资源所在 Namespace 的 LimitRange 的限制。
  • ServiceAccount:实现了自动化添加 ServiceAccount。
  • ResourceQuota:确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota 限制
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