Kubernetes安全机制

目录

• 1.安全机制说明
• 2.认证——Authentication
  • 2.1认证的方式
  • 2.2认证组件
    • 2.2.1需要被认证的访问类型
    • 2.2.2安全性说明
    • 2.2.3证书颁发
  • 2.3kubeconfig
  • 2.4ServiceAccount
  • 2.5Secret与ServiceAccount的关系
  • 2.6总结
• 3.鉴权——Authorization
• 4.准入控制——Admission Control
• 5.总结
  • 5.1认证(Authentication)：确认请求方是否有连接apiserver的权限
  • 5.2鉴权(Authorization)：确认请求方具有对哪些资源对象的操作权限
  • 5.3准入控制(Admission Control)：使用准入控制插件对资源请求做进一步的规范检查，如果检查不通过则会拒绝请求

1.安全机制说明

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。
比如kubectl如果想向API Server请求资源，需要过三关，第一关是认证（Authentication），第二关是鉴权（Authorization），第三关是准入控制（Admission Control），只有通过这三关才可能会被K8S创建资源。

2.认证——Authentication

2.1认证的方式

• 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Token字符串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，服务端收到后进行解码，获取用户名及密码。

• HTTPS证书认证
  最严格，基于CA根证书签名的客户端身份认证方式

注：Token认证和Base认证方式只能进行服务端对客户端的单向认证，而客户端不知道服务端是否合法；而HTTPS证书认证方式则可以实现双向认证。

2.2认证组件

2.2.1需要被认证的访问类型

Kubernetes组件对API Server的访问：kubectl、kubelet、kube-proxy
Kubernetes管理的Pod对API Server的访问：Pod（coredns，dashborad 也是以Pod形式运行）

2.2.2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

2.2.3证书颁发

手动签发：使用二进制部署时，需要先手动跟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。

2.3kubeconfig

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上下文参数（集群名称、用户名）。Kubernetes组件（如 kubelet、kube-proxy）通过启动时指定不同的kubeconfig文件可以切换到不同的集群，连接到apiserver。
也就是说kubeconfig文件既是一个集群的描述，也是集群认证信息的填充。包含了集群的访问方式和认证信息。kubectl文件默认位于~/.kube/config

2.4ServiceAccount

ServiceAccount是为了方便Pod中的容器访问API Server。因为Pod的创建、销毁是动态的，所以要为每一个Pod手动生成证书就不可行了。Kubernetes使用了ServiceAccount来循环认证，从而解决了Pod访问API Server的认证问题。

2.5Secret与ServiceAccount的关系

Kubernetes设计了一种资源对象叫做Secret，分为两类：

• 1.用于保存ServiceAccount的service-account-token
• 2.用于保存用户自定义保密信息的Opaque

ServiceAccount中包含三个部分：

• Token：是使用API Server私钥签名的Token字符串序列号，用于访问API Server时，Server端认证
• ca.crt：ca根证书，用于Client端验证API Server发送来的证书
• namespace：标识这个service-account-token的作用域名空间

[root@k8s-master01 ~]# kubectl get secret --all-namespaces
[root@k8s-master01 ~]# 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。每个Pod在创建后都会自动设置spec.serviceAccount为default（除非指定了其他ServiceAccout）。

2.6总结

3.鉴权——Authorization

之前的认证过程，只是确定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，一般用于测试。
• 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。也就是说定义一个访问类型的属性，用户可以使用这个属性访问对应的资源。此方式设置较为繁琐，每次设置需要定义一长串的属性才可以。
• Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权，即可在集群外部对K8S进行鉴权。
• RBAC（Role-Based Access Control）：基于角色的访问控制，K8S自1.6版本起默认使用规则。

详细可参考：https://www.cnblogs.com/even160941/p/15504722.html

4.准入控制——Admission Control

准入控制是API Server的一个准入控制器插件列表，通过添加不同的插件，实现额外的准入控制规则。发送到API Server的请求都需要经过这个列表中的每个准入控制器插件的检查，检查不通过，则拒绝请求。
一般建议直接采用官方默认的准入控制器。

官方准入控制器推荐列表（不同版本各有不同）：
NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,NodeRestriction

列举几个插件的功能：

• NamespaceLifecycle：用于命名空间回收，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：用于配额管理，确保请求的资源量不会超过资源所在Namespace的LimitRange的限制。
• ServiceAccount：用于在每个Pod中自动化添加ServiceAccount，方便访问API Server。
• ResourceQuota：基于命名空间的高级配额管理，确保请求的资源数量不会超过资源的ResourceQuota限制。
• NodeRestriction：用于Node加入到K8S集群中以最小权限运行。

官方文档参考：https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/

资源限制——Pod
Kubernetes对资源的限制实际上是通过cgroup来控制的，cgroup是容器的一组用来控制内核如何运行进程的相关属性集合。针对内存、CPU和各种设备都有对应的cgroup。
默认情况下，Pod运行没有CPU和内存的限额。这意味着系统中的任何Pod将能够像执行该Pod所在的节点一样，消耗足够多的CPU和内存。一般会针对某些应用的pod资源进行资源限制，这个资源限制是通过resources的requests和limits来实现。requests为创建Pod时初始要分配的资源，limits为Pod最高请求的资源值。

5.总结

客户端若想要发送请求给apiserver操作管理K8S资源对象，需要先通过三关安全验证：认证(Authentication)、鉴权(Authorization)、准入控制(Admission Control)

5.1认证(Authentication)：确认请求方是否有连接apiserver的权限

K8S支持的认证方式：

• token认证(通过token令牌字符串来认证)
• base认证(根据账户:密码的方式认证)
• https认证(使用证书认证，支持双向认证)

认证过程：
K8S集群中以守护进程运行的组件（kubectl、kubelet、kube-proxy、controller-manager、scheduler）可使用cfssl工具手动签发证书或tls bootstrap机制自动签发客户端证书，再基于证书生成kubeconfig集群引导配置文件，这些组件可根据kubeconfig配置中的集群参数（ca证书、apiserver地址）和客户端参数（客户端证书和私钥信息）连接指定的K8S集群的apiserver并做双向认证。

K8S集群中以Pod形式运行的组件（dashboard、coreDNS、ingress控制器、外置存储卷插件等）使用serviceaccount账户作为Pod的服务账户（如有没有指定默认使用当前命名空间的default），K8S会自动创建相关的service-account-token类型的secret资源，创建Pod时会自动挂载这个secret卷到Pod容器的/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录中，Pod与apiserver通信时会使用其中的ca证书和token与apiserver做认证。

5.2鉴权(Authorization)：确认请求方具有对哪些资源对象的操作权限

推荐使用RBAC（基于角色的访问控制）kube-apiserver --authorization-mode=Node,RBAC
RBAC有关的4个资源对象：

• Role
• ClusterRole
• RoleBinding
• ClusterRoleBinding

角色（Role、ClusterRole）定义角色能够对哪些资源对象拥有哪些操作权限

• Role：受命名空间的影响，只能在指定的命名空间中操作资源
• ClusterRole：默认可在K8S集群中所有的命名空间中操作资源，不需要配置namespace

角色绑定（RoleBinding、ClusterRoleBinding）将主体账户(User、Group、ServiceAccount)与角色进行绑定，使得主体账户具有角色相关的资源操作权限

• ClusterRoleBinding：只能与ClusterRole绑定，使主体账户在所有的命名空间中具有ClusterRole相关的资源操作权限
• RoleBinding：可以与相同命名空间下的Role绑定，使主体账户在指定的命名空间中具有Role相关的资源操作权限；也可以与ClusterRole绑定，使主体账户只能在RoleBinding指定的命名空间中具有ClusterRole相关的资源操作权限

5.3准入控制(Admission Control)：使用准入控制插件对资源请求做进一步的规范检查，如果检查不通过则会拒绝请求

K8S在初始化时会默认启动官方推荐的准入控制插件，一般不做修改，但也可以通过修改apiserver的启动参数来设置：

kube-apiserver --enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger ...     #添加指定的准入控制插件
kube-apiserver --disable-admission-plugins=PodNodeSelector,AlwaysDeny ...        #禁用指定的准入控制插件

LimitRanger：用来给在指定的命名空间中创建的Pod或容器设置默认的requests和limits资源量限制
ResourceQuota：用来在指定的命名空间中进行资源配额，即设置在指定的命名空间中能够创建的资源对象的数量总额或Pod容器能够使用的requests、limits资源量限制的总额。

如何授权一个普通用户使用kubectl连接K8S操作管理资源？

详细过程可参考：https://www.cnblogs.com/even160941/p/17728030.html

先做认证授权

• 1.签发kubectl使用的客户端证书和私钥文件
• 2.基于客户端证书和私钥文件创建kubectl使用的kubeconfig集群引导配置文件，并放置在用户家目录中~/.kube/config再做鉴权授权
• 3.创建角色Role|ClusterRole

rules:
- apiGroups:       #指定资源对象的api组，可参考kubectl api-resources的APIVERSION字段
  - ""                #例如，v1则设为""，apps/v1则设为"apps"，networking.k8s.io/v1则设为"networking.k8s.io"
  resources:       #指定授权的资源名，可参考kubectl api-resources的NAME字段
  - pods              #资源名
  - pods/log          #子资源名
  verbs:           #指定对资源对象的操作权限
  - get
  - list
  - watch

• 4.给主体账户绑定角色

kubectl create clusterrolebinding <资源名称> --clusterrole=<ClusterRole资源名称>  --user=<用户名> [--group=<组名>] [--serviceaccount=<命名空间>:<sa账户名称>]

kubectl create rolebinding <资源名称>  -n <命名空间>  --clusterrole=<ClusterRole资源名称>|--role=<Role资源名称>  --user=<用户名> [--group=<组名>] [--serviceaccount=<命名空间>:<sa账户名称>]