壮心未与年俱老,死去犹能作鬼雄。这篇文章主要讲述Kubernetes——安全机制相关的知识,希望能为你提供帮助。
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。Kubernetes 使用了认证(Authentication)、鉴权(Authorization)、准入控制(Admission Control)三步来保证API Server的安全。
安全框架的流程
流程:kubectl先请求api资源,然后是过三关,第一关是认证(Authentication),第二关是授权(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。
K8S安全控制框架主要由下面3个阶段进行控制,每一个阶段都支持插件方式,通过API Server配置来启用插件。
普通用户若要安全访问集群API Server,往往需要证书、Token或者用户名+密码;Pod访问,需要ServiceAccount
认证(Authentication)
- HTTP Token 认证:通过一个 Token 来识别合法用户
- HTTP Base 认证:通过 用户名+密码 的方式认证
- 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
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)
- 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(比如 8030端口)
- kubectl、kubelet、kube-proxy访问 API Server就都需要证书进行 HTTPS 双向认证,端口号使用6443
- 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
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)。Kubenetes组件(如kubelet、kube-prory)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 lkubeconfig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。xubectl文件默认位于~/ .kube/config
service Account
service account是为了方便Pod 中的容器访问APIServer。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。Kubenetes使用了service Account来循环认证,从而解决了Pod访问API Server的认证问题。
Secret 与SA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
service Account 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
kubectl get sa//每个 Pod 启动后都会挂载该 ServiceAccount 的 Token、ca.crt、namespace 到 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/kubectl get pod -n kube-systemkubectl exec -it kube-proxy-prdjp -n kube-system sh
# ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/
ca.crtnamespacetoken
鉴权(Authorization)之前的认证(authentication)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,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。
- Webbook: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。
- 对集群中的资源(Pod,Deployment,Service)和非资源(元信息或者资源状态)均拥有完整的覆盖
- 整个 RBAC完全由几个API资源对象完成,同其它API资源对象一样,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,而ABAC则需要重启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ptubectl 与 APi Server 操作。
角色
- Role : 授权指定命名空间的资源控制权限
- ClusterRole : 可以授权所有命名空间的资源控制权限
角色绑定
- RoleBinding: 将角色绑定到主体(即subject)
- ClusterRoleBinding: 将集群角色绑定到主体
User: 用户
Group: 用户组
ServiceAccount: 服务账号
- User使用字符串表示,它的前缀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:Group 书写格式与User相同,同样system:前缀也为系统保留。
- Pod使用serviceaccount 认证时,service-account-token中的JWT 会保存用户信息。
Role and clusterRole
在RBAC API中,Role表示一组规则权限,权限只能增加(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。也就是说只有白名单权限,而没有黑名单权限的概念。
Role只能定义在一个 namespace中,如果想要跨namespace 则可以创建ClusterRole,也就是说定义clusterRole 不需要绑定namespace。
Role示例:
#Role 示例:
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1#指定 core API 组和版本
kind: Role#指定类型为 Role
metadata:
namespace: default#使用默认命名空间
name: pod-reader#Role 的名称
rules:#定义规则
- apiGroups: [""]#""表示 apiGroups 和 apiVersion 使用相同的 core API 组,即 rbac.authorization.k8s.io
resources: ["pods"]#资源对象为 Pod 类型
verbs: ["get", "watch", "list"]#被授予的操作权限#以上配置的意义是,如果把 pod-reader 这个 Role 赋予给一个用户,那么这个用户将在 default 命名空间中具有对 Pod 资源对象 进行 get(获取)、watch(监听)、list(列出)这三个操作权限。
ClusterRole 示例
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
# "namespace" 被忽略,因为 ClusterRoles 不受名字空间限制
name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["secrets"]#资源对象为 Secret 类型
verbs: ["get", "watch", "list"]//RoleBinding and ClusterRoleBinding
RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组,RoleBinding 包含一组主体(subject),subject 中包含有不同形式的待授予权限资源类型(User、Group、ServiceAccount);
RoloBinding 同样包含对被绑定的 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
RoleBinding 示例1
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: default
subjects:
- kind: User
name: zhangsan
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io#将 default 命名空间的 pod-reader Role 授予 zhangsan 用户,此后 zhangsan 用户在 default 命名空间中将具有 pod-reader 的权限。RoleBinding 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内 User、Group 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。
RoleBinding 示例2
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-secrets
namespace: kube-public
subjects:
- kind: User
name: lisi
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: ClusterRole
name: secret-reader
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io#以上 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 lisi 只能访问 kube-public 空间中的 secrets(因为 RoleBinding 定义在 kube-public 命名空间)。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
ClusterRoleBinding 示例
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
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.io#以上 ClusterRoleBinding 授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问。
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 log 资源就属于 pods 的子资源,API 中对 Pod 日志的请求 URL 样例如下:GET /api/v1/namespaces/namespace/pods/name/log#在这里,pods 对应名字空间作用域的 Pod 资源,而 log 是 pods 的子资源。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 / 分隔符来分隔资源和子资源实现。#以下是一个定义允许某主体读取 pods 同时访问这些 Pod 的 log 子资源的 Role 定义样例:
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: default
name: pod-and-pod-logs-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods", "pods/log"]
verbs: ["get", "list"]#rules.verbs有:"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
#rules.resources有:"services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
#rules.apiGroups有:"","apps", "autoscaling", "batch"
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
- 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,确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota 限制。
- NodeRestriction: 用于 Node 加入到 K8S 群集中以最小权限运行。
实践:创建一个用户只能管理指定的命名空间
//创建一个用户
useradd zhangsan
passwd zhangsan//使用这个用户进行资源操作,会发现连接 API Server 时被拒绝访问请求
su - zhangsankubectl get pods
The connection to the server localhost:8080 was refused - did you specify the right host or port?//创建用于用户连接到 API Server 所需的证书和 kubeconfig 文件
//先上传证书生成工具 cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo 到 /usr/local/bin 目录中
chmod +x /usr/local/bin/cfssl*mkdir /opt/zhangsan
cd /opt/zhangsanvim user-cert.sh
#######################
cat >
zhangsan-csr.json <
<
EOF"CN": "zhangsan",
"hosts": [],
"key":
"algo": "rsa",
"size": 2048
,
"names": ["C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"]EOF
#API Server 会把客户端证书的 CN 字段作为 User,把 names.O 字段作为 Groupcd /etc/kubernetes/pki/
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/zhangsan/zhangsan-csr.json | cfssljson -bare zhangsan
###############################chmod +x user-cert.sh
./user-cert.sh
#/etc/kubernetes/pki/ 目录中会生成 zhangsan-key.pem、zhangsan.pem、zhangsan.csrcd /opt/zhangsanvim rbac-kubeconfig.sh
APISERVER=$1
# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \\
--certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \\
--embed-certs=true \\
--server=$KUBE_APISERVER \\
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials zhangsan \\
--client-key=/etc/kubernetes/pki/zhangsan-key.pem \\
--client-certificate=/etc/kubernetes/pki/zhangsan.pem \\
--embed-certs=true \\
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig# 设置上下文参数
kubectl config set-context kubernetes \\
--cluster=kubernetes \\
--user=zhangsan \\
--namespace=kgc \\
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig# 使用上下文参数生成 zhangsan.kubeconfig 文件
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=zhangsan.kubeconfigkubectl create namespace kgc
chmod +x rbac-kubeconfig.sh
./rbac-kubeconfig.sh 192.168.80.10//查看证书
cat zhangsan-kubeconfigmkdir /home/zhangsan/.kube
cp zhangsan.kubeconfig /home/zhangsan/.kube/config
chown -R zhangsan:zhangsan /home/zhangsan/.kube///RBAC授权
vim rbac.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: kgc
name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods"]
verbs: ["get", "watch", "list", "create"]---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: kgc
subjects:
- kind: User
name: zhangsan
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
apiGroup: rbac.authorization.k8s.iokubectl apply -f rbac.yamlkubectl get role,rolebinding -n kgc
NAMEAGE
role.rbac.authorization.k8s.io/pod-reader32sNAMEAGE
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/read-pods32s//切换用户,测试操作权限
su - zhangsanvim pod-test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: pod-test
spec:
containers:
- name: nginx
image: nginxkubectl create -f pod-test.yamlkubectl get pods -o wide
NAMEREADYSTATUSRESTARTSAGEIPNODENOMINATED NODEREADINESS GATES
pod-test1/1Running0114s10.244.2.2node02<
none>
<
none>
//访问 svc 资源就会被拒绝
kubectl get svc
Error from server (Forbidden): services is forbidden: User "zhangsan" cannot list resource "services" in API group "" in the namespace "kgc"//也无法访问 default 命名空间
kubectl get pods -n default
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "zhangsan" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"//使用 root 用户查看
kubectl get pods --all-namespaces -o wide
NAMESPACENAMEREADYSTATUSRESTARTSAGEIPNODENOMINATED NODEREADINESS GATES
kgcpod-test1/1Running0107s10.244.2.2node02<
none>
<
none>
......
#由此可以看出 RoleBinding 的用户只能管理指定的命名空间中的资源//也可以通过绑定 admin 角色,来获得管理员权限
kubectl create rolebinding zhangsan-admin-binding --clusterrole=admin --user=zhangsan --namespace=kgc
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