kubernetes-Pod安全策略psp实践
默认情况下，Kubernetes 允许创建一个有特权容器的 Pod，这些容器很可能会危机系统安全，而 Pod 安全策略pod security policy（PSP）则通过确保请求者有权限按配置来创建 Pod，从而来保护集群免受特权 Pod 的影响。
Admission Controller
Admission Controller（准入控制器）拦截对 kube-apiserver 的请求，拦截发生在请求的对象被持久化之前，但是在请求被验证和授权之后。这样我们就可以查看请求对象的来源，并验证需要的内容是否正确。通过将它们添加到 kube-apiserver 的--enable-admission-plugins参数中来启用准入控制器。在1.10版本之前，使用现在已经弃用的--admision-control参数，另外需要注意准入控制器的顺序很重要。
将PodSecurityPolicy添加到 kube-apiserver 上的--enabled-admission-plugins参数中，然后重启 kube-apiserver：
--enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,PodSecurityPolicy
其他插件来自 Kubernetes 文档中推荐的一些插件列表。
PodSecurityPolicy 已经添加到上面的列表中了，现在 PSP 的控制器已经启用了，但是我们集群中现在缺少一些安全策略，那么新的 Pod 创建就会失败。
比如现在我们创建一个 Nginx 的 Deployment，YAML 文件内容如下所示：（nginx.yaml）
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deploy
namespace: default
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
然后直接创建上面的 Deployment：
$ kubectl apply -f nginx.yaml
deployment.apps/nginx-deploy created
我们可以看到 Deployment 已经创建成功了，现在检查下 default 命名空间下面的 pod、replicaset、deployment：
$ kubectl get po,rs,deploy -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.extensions/nginx-deploy-77f7d4c6b4 1 0 0 40s
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.extensions/nginx-deploy 0/1 0 0 40s
可以看到 replicaset 和 deployment 都创建成功了，但是 replicaset 控制器却并没有创建 Pod，这个时候就需要使用 ServiceAccount 了。
ServiceAccount Controller Manager
一般来说用户很少会直接创建 Pod，通常是通过 Deployment、StatefulSet、Job 或者 DasemonSet 这些控制器来创建 Pod 的，我们这里需要配置 kube-controller-manager 来为其包含的每个控制器使用单独的 ServiceAccount，我们可以通过在其命令启动参数中添加如下标志来实现：
--use-service-account-credentials=true
一般情况下上面这个标志在大多数安装工具（如 kubeadm）中都是默认开启的，所以不需要单独配置了。
当 kube-controller-manager 开启上面的标志后，它将使用由 Kubernetes 自动生成的以下 ServiceAccount:
$ kubectl get serviceaccount -n kube-system | egrep -o '[A-Za-z0-9-]+-controller'
attachdetach-controller
calico-kube-controller
certificate-controller
clusterrole-aggregation-controller
cronjob-controller
daemon-set-controller
deployment-controller
disruption-controller
endpoint-controller
expand-controller
job-controller
namespace-controller
node-controller
pv-protection-controller
pvc-protection-controller
replicaset-controller
replication-controller
resourcequota-controller
service-account-controller
service-controller
statefulset-controller
ttl-controller
这些 ServiceAccount 指定了哪个控制器可以解析哪些策略的配置。
策略
PodSecurityPolicy 对象提供了一种声明式的方式，用于表达我们运行用户和 ServiceAccount 在我们的集群中创建的内容。我们可以查看策略文档来了解如何设置。在我们当前示例中，我们将创建2个策略，第一个是提供限制访问的“默认”策略，保证使用特权设置（例如使用 hostNetwork）无法创建 Pod。第二种是一个“提升”的许可策略，允许将特权设置用于某些 Pod，例如在 kube-system 命名空间下面创建的 Pod 有权限。
首先，创建一个限制性策略，作为默认策略：(psp-restrictive.yaml)
apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
name: restrictive
spec:
privileged: false
hostNetwork: false
allowPrivilegeEscalation: false
defaultAllowPrivilegeEscalation: false
hostPID: false
hostIPC: false
runAsUser:
rule: RunAsAny
fsGroup:
rule: RunAsAny
seLinux:
rule: RunAsAny
supplementalGroups:
rule: RunAsAny
volumes:
- 'configMap'
- 'downwardAPI'
- 'emptyDir'
- 'persistentVolumeClaim'
- 'secret'
- 'projected'
allowedCapabilities:
- '*'
直接创建上面的 psp 对象：
$ kubectl apply -f psp-restrictive.yaml
podsecuritypolicy.policy/restrictive configured
虽然限制性的访问对于大多数 Pod 创建是足够的了，但是对于需要提升访问权限的 Pod 来说，就需要一些允许策略了，例如，kube-proxy 就需要启用 hostNetwork:
$ kubectl get pods -n kube-system -l k8s-app=kube-proxy
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
kube-proxy-4z4vf 1/1 Running 0 18d
$ kubectl get pods -n kube-system kube-proxy-4z4vf -o yaml |grep hostNetwork
hostNetwork: true
这就需要创建一个用于提升创建权限的许可策略了：(psp-permissive.yaml)
apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
name: permissive
spec:
privileged: true
hostNetwork: true
hostIPC: true
hostPID: true
seLinux:
rule: RunAsAny
supplementalGroups:
rule: RunAsAny
runAsUser:
rule: RunAsAny
fsGroup:
rule: RunAsAny
hostPorts:
- min: 0
max: 65535
volumes:
- '*'
同样直接创建上面的 psp 对象：
$ kubectl apply -f psp-permissive.yaml
podsecuritypolicy.policy/permissive configured
$ kubectl get psp
NAME PRIV CAPS SELINUX RUNASUSER FSGROUP SUPGROUP READONLYROOTFS VOLUMES
permissive true RunAsAny RunAsAny RunAsAny RunAsAny false *
restrictive false * RunAsAny RunAsAny RunAsAny RunAsAny false configMap,downwardAPI,emptyDir,persistentVolumeClaim,secret,projected
现在配置都已经就绪了，但是我们需要引入到 Kubernetes 授权，这样才可以确定请求 Pod 创建的用户或者 ServiceAccount 是否解决了限制性或许可性策略，这就需要用到 RBAC 了。
RBAC
在我们启用 Pod 安全策略的时候，可能会对 RBAC 引起混淆。它确定了一个账户可以使用的策略，使用集群范围的 ClusterRoleBinding 可以为 ServiceAccount（例如 replicaset-controller）提供对限制性策略的访问权限。使用命名空间范围的 RoleBinding，可以启用对许可策略的访问，这样可以在特定的命名空间（如 kube-system）中进行操作。
首先创建允许使用restrictive策略的 ClusterRole。然后创建一个 ClusterRoleBinding，将restrictive策略和系统中所有的控制器 ServiceAccount 进行绑定:(psp-restrictive-rbac.yaml)
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
name: psp-restrictive
rules:
- apiGroups:
- extensions
resources:
- podsecuritypolicies
resourceNames:
- restrictive
verbs:
- use
---
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
name: psp-default
subjects:
- kind: Group
name: system:serviceaccounts
namespace: kube-system
roleRef:
kind: ClusterRole
name: psp-restrictive
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
直接创建上面的 RBAC 相关的资源对象：
$ kubectl apply -f psp-restrictive-rbac.yaml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/psp-restrictive created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/psp-default created
然后现在我们再重新创建上面我们的定义的 Deployment：
$ kubectl delete -f nginx.yaml
deployment.apps "nginx-deploy" deleted
$ kubectl apply -f nginx.yaml
deployment.apps/nginx-deploy created
创建完成后同样查看下 default 命名空间下面我们创建的一些资源对象：
$ kubectl get po,rs,deploy -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-deploy-77f7d4c6b4-njfdl 1/1 Running 0 13s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.extensions/nginx-deploy-77f7d4c6b4 1 1 1 13s
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.extensions/nginx-deploy 1/1 1 1 13s
我们可以看到 Pods 被成功创建了，但是，如果我们尝试做一些策略不允许的事情，正常来说就应该被拒绝了。首先删除上面的这个 Deployment：
$ kubectl delete -f nginx.yaml
deployment.apps "nginx-deploy" deleted
现在我们在 nginx-deploy 基础上添加hostNetwork: true来使用 hostNetwork 这个特权：（nginx-hostnetwork.yaml）
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-hostnetwork-deploy
namespace: default
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
hostNetwork: true # 注意添加hostNetwork
然后直接创建上面的 Deployment 这个资源对象：
$ kubectl apply -f nginx-hostnetwork.yaml
deployment.apps/nginx-hostnetwork-deploy created
创建完成后同样查看 default 这个命名空间下面的一些资源对象：
$ kubectl get po,rs,deploy -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.extensions/nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687 1 0 0 44s
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.extensions/nginx-hostnetwork-deploy 0/1 0 0 44s
现在我们发现 ReplicaSet 又没有创建 Pod 了，可以使用kubectl describe命令去查看这里我们创建的 ReplicaSet 资源对象来了解更多的信息：
$ kubectl describe rs nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687
Name: nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687
......
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Warning FailedCreate 80s (x15 over 2m42s) replicaset-controller Error creating: pods "nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687-" is forbidden: unable to validate against any pod security policy: [spec.securityContext.hostNetwork: Invalid value: true: Host network is not allowed to be used]
我们可以看到很明显 Hostnetwork 不被允许使用，但是在某些情况下，我们的确有在某个命名空间（比如 kube-system）下面创建使用 hostNetwork 的 Pod，这里就需要我们创建一个允许执行的 ClusterRole，然后为特定的命名空间创建一个 RoleBinding，将这里的 ClusterRole 和相关的控制器 ServiceAccount 进行绑定:(psp-permissive-rbac.yaml)
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
name: psp-permissive
rules:
- apiGroups:
- extensions
resources:
- podsecuritypolicies
resourceNames:
- permissive
verbs:
- use
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: RoleBinding
metadata:
name: psp-permissive
namespace: kube-system
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: psp-permissive
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: daemon-set-controller
namespace: kube-system
- kind: ServiceAccount
name: replicaset-controller
namespace: kube-system
- kind: ServiceAccount
name: job-controller
namespace: kube-system
然后直接创建上面的 RBAC 相关的资源对象：
$ kubectl apply -f psp-permissive-rbac.yaml
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/psp-permissive created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/psp-permissive created
现在，我们就可以在 kube-system 这个命名空间下面使用 hostNetwork 来创建 Pod 了，将上面的 nginx 资源清单更改成 kube-system 命名空间下面：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-hostnetwork-deploy
namespace: kube-system
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
hostNetwork: true
重新创建这个 Deployment：
$ kubectl apply -f nginx-hostnetwork.yaml
deployment.apps/nginx-hostnetwork-deploy created
创建完成后同样查看下对应的资源对象创建情况：
$ kubectl get po,rs,deploy -n kube-system -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687-7x8px 1/1 Running 0 2m1s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.extensions/nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687 1 1 1 2m1s
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.extensions/nginx-hostnetwork-deploy 1/1 1 1 2m1s
现在我们可以看到 Pod 在 kube-system 这个命名空间下面创建成功了。
特定应用的 ServiceAccount
如果我们现在有这样的一个需求，在某个命名空间下面要强制执行我们创建的 restrictive（限制性）策略，但是这个命名空间下面的某个应用需要使用 permissive（许可）策略，那么应该怎么办呢？在当前模型中，我们只有集群级别和命名空间级别的解析。为了给某个应用提供单独的许可策略，我们可以为应用的 ServiceAccount 提供使用 permissive 这个 ClusterRole 的能力。
比如，还是在默认的命名空间下面创建一个名为 specialsa 的 ServiceAccount:
$ kubectl create serviceaccount specialsa
serviceaccount/specialsa created
然后创建一个 RoleBinding 将 specialsa 绑定到上面的 psp-permissive 这个 CluterRole 上:(specialsa-psp.yaml)
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: RoleBinding
metadata:
name: specialsa-psp-permissive
namespace: default
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: psp-permissive
subjects:
- kind: ServiceAccount
name: specialsa
namespace: default
创建上面的 RoleBinding 对象：
$ kubectl apply -f specialsa-psp.yaml
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/specialsa-psp-permissive created
然后为我们上面的 Deployment 添加上 serviceAccount 属性:(nginx-hostnetwork-sa.yaml)
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-hostnetwork-deploy
namespace: default
labels:
app: nginx
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.15.4
hostNetwork: true
serviceAccount: specialsa # 注意这里使用的sa的权限绑定
然后直接创建即可:
$ kubectl apply -f nginx-hostnetwork-sa.yaml
deployment.apps/nginx-hostnetwork-deploy configured
这个时候我们查看 default 这个命名空间下面带有 hostNetwork 的 Pod 也创建成功了:
$ kubectl get po,rs,deploy -l app=nginx
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
pod/nginx-hostnetwork-deploy-6c85dfbf95-hqt8j 1/1 Running 0 65s
NAME DESIRED CURRENT READY AGE
replicaset.extensions/nginx-hostnetwork-deploy-6c85dfbf95 1 1 1 65s
replicaset.extensions/nginx-hostnetwork-deploy-74c8fbd687 0 0 0 31m
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
deployment.extensions/nginx-hostnetwork-deploy 1/1 1 1 31m
上面我们描述了 Pod 安全策略是一种通过使用 PSP 授权策略来保护 k8s 集群中的 Pod 的创建过程的方法。
总结
使用PSP安全策略
psp策略定义好之后还需要再创建role，把psp策略绑定到role上，再将role绑定到serviceaccount，再在Pod中使用serviceaccount。
还有几个必要条件：
1、在apiserver启动参数 --enable-admission-plugins 中要加上 PodSecurityPolicy 选项，默认是没有启用的。
2、在 controller-manager 的启动参数中开启 --use-service-account-credentials=true 选项
