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深入了解Kubernetes的認證和授權機制。

眾所周知,任何系統的安全機制的核心都是建立在認證授權的基礎上的,也就是先通過某種方式確認妳的身份,然後根據壹定的授權策略確定妳在我的系統中可以做什麽。對於K8S來說,體現在客戶端對kube-apiserver的api接口操作的認證上(客戶端可以是集群中的壹個工作負載pod,可以是任意服務器上的壹個kubectl程序,也可以是計算節點上的壹個kubelet組件等。).作為壹個成熟的開源雲計算基礎設施項目,Kubernets項目讓我們看到他們是如何解決認證和授權這兩個核心問題的:

k8s用戶認證機制的公文地址:field作為用戶id,O field作為用戶組。我們可以使用openssl工具來頒發證書(kubernetes 1.4之後,證書中支持用戶組信息):

上面的操作會生成壹個證書請求,用戶名是jbeda,屬於app1和app2兩個用戶組。

靜態令牌列表文件需要提前放在api服務器上,在API服務器的啟動參數中加入-token-auth-file = some file。令牌文件采用csv格式,至少應包含三個字段(用逗號分隔):令牌、用戶名、用戶uid和壹個可選的組名字段,例如:

註意,如果有多個用戶組,整個用戶組需要用雙引號括起來。

版本1.18已進入穩定版本,支持集群啟動時令牌的動態創建和管理。配置很多,這裏不需要贅述。有興趣的話可以直接參考官方文件。

類似於靜態令牌文件,只使用用戶名和密碼進行認證,使用令牌字段為我們需要的令牌(jwt格式)的es.io/service-account-token,,我們可以用這個令牌直接發起請求。註意,保存在secret中的令牌是用base64編碼的,在實際使用之前需要用base64解碼。可以使用jwt.io網站查看這個令牌。以下是k8s發布的jwt令牌有效負載的壹些字段的示例:

壹種新的基於Oauth2的認證方法比較復雜。有興趣可以參考官方文件,這裏就不介紹了。對Oauth2認證和JWT技術感興趣的可以參考我之前的博文,深入了解春雲安全OAuth2和JWT。(閱讀量4萬多,也是爆款:)

認證完成後,下壹步就是授權。得益於k8s的優秀設計,認證和授權是解耦的,所以只要k8系統識別出用戶身份(用戶名或者uid),接下來要做的事情也是壹樣的。被授權方的官方文件地址:es.io/docs/reference/access-authn-authz/rbac/.

其實k8s本身也支持很多類型的授權,比如rbac、abac、node、動態接納等等。這裏只介紹最常用的rbac(基於角色的訪問控制)。在實際使用中,api-server開啟authorization-mode = rbac參數,意味著rbac功能啟動。

如果妳熟悉rbac本身,k8s中的rbac功能是非常好理解的。有兩個與rbac相關的api對象。角色定義了壹個角色,並說明了該角色可以操作的功能列表。rolebinding實際上綁定了用戶和角色。

角色的api對象示例:

這個yaml定義了壹個名為pod-reader的角色對象,其作用域為默認名稱空間,可用於獲取、觀察和列出pod。

Kubernetes完整的操作類型列表如下,都很好理解,不壹壹解釋:

值得註意的是,有些資源還有子類型,比如pod的日誌。如果需要查看它們,還需要授權(添加窗格/日誌資源類型)。

RoleBinding資源的作用也很好理解,就是綁定角色和用戶。以下是角色綁定的壹個示例:

在此示例中,名為user is jane的用戶被綁定到pod-reader角色。註意subjects中的kind字段,也就是前面介紹的用戶類型,即User、Group和ServiceAccount。綁定完成後,當使用用戶jane調用k8s api時,可以執行指定的watch、get和list操作。

事實上,這兩種資源的配置方式與Role和RoleBinding完全相同。區別在於ClusterRole和ClusterRoleBinding的作用域是集群範圍的,可以操作節點等集群範圍的資源,而Role和RoleBinding需要在元數據中指定命名空間字段,其他方面沒有區別。

了解了原理之後,現在來實際操作壹下。目標是使用kubectl客戶機工具在給定的k8集群上執行受限的操作。基於上述認證策略的介紹,我們使用客戶端證書對用戶進行認證,即使用K8集群的根證書頒發壹個用戶證書,並使用該證書對用戶進行認證和授權。

制作RSA證書請參考官網文檔:es.io/docs/concepts/cluster-administration/certificates/,在這裏我們使用常用的openssl工具制作證書:

1.創建壹個2048位RSA私鑰。

2.創建壹個證書簽名請求(csr),其中CN-對應於用戶名O-對應於用戶組,如上面的文章所述。

3.使用群集根證書發布此證書請求(天數為證書到期時間,可根據實際需要進行配置)。

首先找壹個準備好訪問k8集群的linux服務器(或者windows或者mac)作為客戶端,確保客戶端與集群的api-server端口連接(壹般是6443端口,必須是https連接)。出於安全考慮,操作k8最好開通專門的操作系統賬號。將集群主節點中的kubectl二進制文件復制到server /usr/bin目錄,並將三個文件release.csr、release.key和ca.pem復制到服務器上的指定目錄。

在新用戶的主目錄下創建壹個. kube目錄,並在該目錄下創建壹個新的配置文件(或者直接執行kubectl config set-cluster test操作,kubectl會自動創建文件),編輯文件並填寫以下內容:

完成後,您可以運行kubectl config view來驗證配置是否正確。

使用administrator登錄k8集群並配置權限。這裏以增加集群範圍的運維用戶權限為例:

大家可以看到,我們定義了壹個角色發布,用於應用部署和日常運維。為了滿足日常的運維,給它分配了壹組受限的資源權限。

具體來說,此角色對“部署”、“服務”、“配置映射”和“PVC”資源具有完全操作權限,但對“節點”、“事件”、“窗格”、“窗格/日誌”和“端點”僅具有查看權限,對其他資源沒有權限。

這裏我們定義了壹個ClusterRoleBinding,它綁定了User和ClusterRole,所有的操作都在這裏完成。

登錄客戶端,如果壹切順利,可以通過執行kubectl get pods返回遠程集群默認名稱空間中的pods列表,其他配置的權限也應該可以正常工作。如果該用戶想要訪問受限資源,例如查看機密信息,將會出現以下錯誤消息(403禁止):

驗證成功!

基於上面的描述,我們可以知道,其實在集群中創建壹個服務賬號,復制它的token,在客戶端的kubectl配置文件中進行配置,也可以達到同樣的效果,這裏就不做演示了。

因為服務賬號的token機密信息實際上是存儲在secret對象中的,而secret經常被抱怨存儲的數據是明文(只有base64編碼),所以這裏又多了壹個關於secret安全性的問題。其實k8s是支持秘密加密存儲的,支持的加密類型也不少。詳情請看我的文章:用加密插件在秘密中加密數據。但實際上我並不推薦使用這種方式,因為加密插件只能對etcd中存儲的數據進行加密,api服務器檢索到的數據仍然是解密的,也就是說通過執行kubectl get secrets或者查看容器的環境變量仍然可以看到明文數據。K8s項目比較推薦的權限管理方式是:

做好以上兩點,對於壹般公司的安全控制就足夠了。畢竟集群管理員的權限只掌握在壹小部分人手裏。對於安全審計要求較高的企業(如金融機構),審計可能要求敏感數據必須加密,此時可以使用api-server的加密插件。