Ingress Nginx 接连披露高危安全漏洞，是否有更好的选择？

简介：在《K8s 网关选型初判：Nginx 还是 Envoy》一文中，我们已经给出了这个新的选项：MSE 云原生网关。本文继续展开分析，为何 MSE 云原生网关有更好的安全性保障。

作者：澄潭

今年 K8s Ingress Nginx 项目接连披露了三个高危安全漏洞（CVE-2021-25745[1], CVE-2021-25746[2], CVE-2021-25748[3]），该项目也在近期宣布将停止接收新功能 PR，专注修复并提升稳定性。Ingress Nginx 作为 K8s 项目自带的网关组件，被大量用户的 K8s 集群默认安装。作为处于 Internet 网络边界的基础软件，又被大规模使用，势必会成为一些攻击者的理想目标。一旦防线攻破，其代价是惨痛的，可以参考同样是网络边界的基础组件，OpenSSL 的 Heartbleed 心血漏洞殷鉴不远。

2014 年 Heartbleed 漏洞释出不久，OpenBSD 开始自行维护 LibreSSL，Google 也推出了 BoringSSL，基于和 OpenSSL 遵循同一套 SSL/TLS 协议标准，提供更安全的替代品。类似的，基于同一套 K8s Ingress API 标准，是否有更安全的 K8s 网关可以替代 Ingress Nginx？

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-example
spec:
  rules:
  - host: foo.bar.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service1
            port:
              number: 80
  - host: bar.foo.com
    http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        path: "/"
        backend:
          service:
            name: service2
            port:
              number: 80

Ingress API 标准示例

在《K8s 网关选型初判：Nginx 还是 Envoy》一文中，我们已经给出了这个新的选项：MSE 云原生网关。本文继续展开分析，为何 MSE 云原生网关有更好的安全性保障。

Ingress Nginx 架构设计缺陷

Ingress Nginx 容器架构（图片来自 kubernetes.io）

Ingress Nginx 安全漏洞频发的背后，是由其不安全的架构设计导致的：将控制面 Ingress Controller 组件（Go 程序），和数据面 Nginx 组件放在一个容器内。控制面在这里是一个 Admin 的角色，可想而知其会管理一些敏感的信息，例如和 K8s API Server 通信的认证凭证。数据面和控制面共用容器，就给攻击者通过数据面获取这些敏感信息提供了可乘之机。举例来说：

K8s 使用了 RBAC 机制实现 API Server 接口的认证鉴权，而用于 RBAC 认证的凭证信息，会通过 volume 挂载到容器的/var/ru n/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录。CVE-2021-25745 就是利用了控制面拼接 nginx.conf 配置文件的漏洞，通过 Ingress Path 实现了配置注入，让 Nginx 提供一个静态文件代理的路由，从而获取到这个凭证。可以看下有了这个凭证能干什么事情：

Ingress Nginx 凭证权限（图片来自 blog.lightspin.io）

上图是 ingress-nginx 这个 ServiceAccount 角色的 ClusterRole 权限描述，因为网关需要加载 TLS 证书，所以这个角色是具有查看集群内所有 Secret 的权限的。攻击者不但能通过这个凭证拿到所有 TLS 证书的私钥信息，还能拿到集群里所有密钥类配置！

导致漏洞的架构根因（图片来自 blog.lightspin.io）

实际上，CVE-2021-25746 和 CVE-2021-25748，包括更早的 CVE-2021-25742[4]，根因都是这个问题。CVE-2021-25742 基于 custom snippet 通过 Nginx 配置片段实现凭证获取；CVE-2021-25746 可以基于多种 Ingress Annotation 实现 Nginx 配置片段注入获取凭证；CVE-2021-25748 绕过了针对 CVE-2021-25745 修复的正则检测。真是防不胜防......

Ingress Nginx 社区认识到了这个架构问题的严重性，已经开始计划做控制面和数据面的分离。若继续保持现有架构，未来可能会爆出更严重的安全漏洞。

值得注意的是，这种架构除了会导致上述安全问题，还会导致容器 CPU 负载较高时，控制面和数据面进程互相抢占调度，出现一系列稳定性问题，例如：

1. 由控制面负责的存活健康检查（livenessProbe）超时失败，导致容器不断重启

2. 在开启了 prometheus 采集监控指标的情况下，控制面因为高负载抢占不到足够的 CPU，会出现 OOM，导致容器被 kill，详细原因见文末相关 issue[5]

更安全的替代品——MSE 云原生网关

MSE 云原生网关的控制面和数据面架构

从上图可以看到，MSE 云原生网关使用了数据面（Envoy）和控制面（Istio）隔离的架构，从根本上避免了上述问题。MSE 云原生网关采用了托管部署的模式，不是部署在用户自己的 K8s 集群中，即使出现了安全漏洞，用户也可以通过一键平滑升级轻松修复漏洞。并且有专业安全团队收集漏洞情报，相比开源能提供更迅速、更可靠的修复方案。

基于前面几个 CVE 漏洞原理的说明，不难发现 Ingress Nginx 通过控制面拼接 nginx.conf 配置实现数据面控制的方式也存在很大的安全隐患，例如定义一个特殊的 Ingress Path：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: ingress-example
spec:
  rules:
  - http:
      paths:
      - pathType: Prefix
        # 下文中{...}省略号隐去了可能引发漏洞的配置
        path: "/inject{...}location /abc"
        backend:
          service:
            name: service
            port:
              number: 80

就会在生成的 nginx.conf 中出现如下配置片段：

location /inject{...}location /abc {
  set $ingress_name "ingress-example";
  ...
  ...
}

熟悉 Nginx 配置的同学会了解，这里有两个 location 路径匹配规则，其中 location /abc 是对应上述 Ingress 路由配置的，而 location /inject 则可以实现一个额外的配置注入，在{...}中可以写任意的 Nginx Location 级别配置，甚至使用灵活度很高的 Lua 脚本，达到配置注入者的各种目的。

不同于 Ingress Nginx 通过控制面拼接 nginx.conf 配置实现数据面控制，云原生网关使用了更安全可靠的 xDS 协议，通过 xDS API 配置解析替代字符串拼接，从根本上避免了拼接配置导致配置注入的问题，确保配置动作是明确的，行为是可预期的。下面是向 Envoy 下发路由匹配规则用到的 proto 协议，不同于 Ingress Nginx 的 location 指令拼接，这种方式显然约束了路由匹配配置的作用范围。

message RouteMatch {
  option (udpa.annotations.versioning).previous_message_type = "envoy.api.v2.route.RouteMatch";
  message GrpcRouteMatchOptions {
    option (udpa.annotations.versioning).previous_message_type =
        "envoy.api.v2.route.RouteMatch.GrpcRouteMatchOptions";
  }
  message TlsContextMatchOptions {
    option (udpa.annotations.versioning).previous_message_type =
        "envoy.api.v2.route.RouteMatch.TlsContextMatchOptions";
    google.protobuf.BoolValue presented = 1;
    google.protobuf.BoolValue validated = 2;
  }
  // An extensible message for matching CONNECT requests.
  message ConnectMatcher {
  }
  reserved 5, 3;
  reserved "regex";
  oneof path_specifier {
    option (validate.required) = true;
    string prefix = 1;
    string path = 2;
    type.matcher.v3.RegexMatcher safe_regex = 10 [(validate.rules).message = {required: true}];
    ConnectMatcher connect_matcher = 12;
    string path_separated_prefix = 14 [(validate.rules).string = {pattern: "^[^?#]+[^?#/]$"}];
    string path_template = 15
        [(validate.rules).string = {min_len: 1 max_len: 256 ignore_empty: true}];
  }
  google.protobuf.BoolValue case_sensitive = 4;
  core.v3.RuntimeFractionalPercent runtime_fraction = 9;
  repeated HeaderMatcher headers = 6;
  repeated QueryParameterMatcher query_parameters = 7;
  GrpcRouteMatchOptions grpc = 8;
  TlsContextMatchOptions tls_context = 11;
  repeated type.matcher.v3.MetadataMatcher dynamic_metadata = 13;
}

值得一提的是，目前 Ingress Nginx 的大量路由策略功能都需要通过更新 nginx.conf，然后重启 Nginx 生效，重启过程中客户端连接会断开，在 websocket 等长连接场景下，会造成业务影响；而通过 Envoy 的 xDS 配置下发，路由策略生效基于 RDS/ECDS，对长连接完全无影响。

为了方便用户从 Ingress Nginx 平滑迁移到 MSE 云原生网关，我们除了完全兼容了 K8s Ingress API 的标准，也兼容了常用的 Ingress Nginx Annotation，详见文末文档[6]。

此外，云原生网关的插件市场提供了多种认证鉴权和安全防护插件，可以增强网络安全防护能力：