k8s学习-安全

4.8、安全

4.8.1、概念

一些内容可参考4.6.2、Secret的内容

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（认证）

• 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

1）、HTTPS 证书认证：

2）、需要认证的节点

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

3）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

4）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

5）Secret 与 SA 的关系：

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、ca.crt、namespace

• 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

Authentication（授权）

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

1）、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 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。

2）、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"]

3）、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
  # This only grants permissions within the "development" namespace.
  namespace: development 
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.i

4）、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"]

5）、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 xxx@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

4.8.2、实践

实践：创建一个用户dev，该用户只能管理 dev 的名称空间：

useradd dev
passwd dev # 输入密码 123456

mkdir -p /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt
cd /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt

# 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

# 赋权限
cd /usr/local/bin/
chmod a+x cfssl cfssl-certinfo cfssljson

# 编辑json
cd /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt/
vim /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt/dev-csr.json
{
	"CN": "dev",
	"hosts": [],
	"key": {
		"algo": "rsa",
		"size": 2048
	},
	"names": [{
		"C": "CN",
		"ST": "BeiJing",
		"L": "BeiJing",
		"O": "k8s",
		"OU": "System"
	}]
}

# 生成证书
cd /etc/kubernetes/pki/
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key  -profile=kubernetes /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt/dev-crt.json | cfssljson -bare dev

# 查看生成的证书
[root@k8s-master pki]# ls | grep dev
dev.csr
dev-key.pem
dev.pem

# 开始配置
cd /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt/
# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://192.168.0.110:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=dev.kubeconfig

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

# 先创建建 dev 的命名空间
kubectl create namespace dev

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

# 创建rolebinding
# 名字为 devuser-admin-binding
# 角色为 admin
# 用户为 dev
# 名称空间为 dev
kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=dev --namespace=dev

# 拷贝文件到 dev 用户的家目录
mkdir -p /home/dev/.kube
# 复制并改名字
cp /usr/local/docker/kubernetes/plugins/test/crt/dev.kubeconfig /home/dev/.kube/
mv /home/dev/.kube/dev.kubeconfig /home/dev/.kube/config
chown -R dev:dev /home/dev/.kube/

# 设置默认上下文
# 使用 dev 用户登录并且切换到 /home/dev/.kube
cd /home/dev/.kube
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=config
# 出现 Switched to context "kubernetes". 表示切换成功

# 创建一个 nginx
kubectl run dev-nginx --image=habor-repo.com/library/nginx:v1 --port=80 --replicas=1

# 查看
[dev@k8s-master .kube]$ kubectl get deploy
NAME        READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
dev-nginx   1/1     1            1           7s
[dev@k8s-master .kube]$ kubectl get pod
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
dev-nginx-65d5656f8-pfbjj   1/1     Running   0          29s

# 在root用户上查看，发现存在一个dev的空间
[root@k8s-master crt]# kubectl get pod --all-namespaces | grep dev
dev             dev-nginx-65d5656f8-pfbjj                   1/1     Running   0          2m7s

# 测试权限，在 dev 用户尝试查看 default 名称空间会报错
[dev@k8s-master .kube]$ kubectl get pod -n default
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "dev" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"
# 查看 dev 的是没问题的
[dev@k8s-master .kube]$ kubectl get pod -n dev
NAME                        READY   STATUS    RESTARTS   AGE
dev-nginx-65d5656f8-pfbjj   1/1     Running   0          4m27s

4.8.3、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。