K8S学习笔记（十五）- K8S的安全认证

K8S学习笔记（十五）- K8S的安全认证

四月 04, 2022

访问控制概述

概述

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。所谓的安全性其实就是保证对kubernetes的各种客户端进行认证和授权操作

客户端

在kubernetes集群中，客户端通常由两类

  • User Account：一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号
  • Service Account：kubernetes管理的账号，用于为Pod的服务进程在访问kubernetes时提供身份标识。
    1

认证、授权和准入控制

API Server是访问和管理资源对象的唯一入口。
任何一个请求访问API Server，都要经过下面的三个流程

  • Authentication（认证）：身份鉴别，只有正确的账号才能通过认证
  • Authorization（授权）：判断用户是否有权限对访问的资源执行特定的动作
  • Admission Control（注入控制）：用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能
    2

认证管理

kubernetes的客户端身份认证方式

kubernetes集群安全的关键点在于如何识别并认证客户端身份，它提供了3种客户端身份认证方式

  • HTTP Base认证
    • 通过用户名+密码的方式进行认证
    • 这种方式是把“用户名:密码”用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP请求中的Header的Authorization域里面发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名和密码，然后进行用户身份认证的过程
  • HTTP Token认证
    • 通过一个Token来识别合法用户
    • 这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串–Token来表明客户端身份的一种方式。每个Token对应一个用户名，当客户端发起API调用请求的时候，需要在HTTP的Header中放入Token，API Server接受到Token后会和服务器中保存的Token进行比对，然后进行用户身份认证的过程
  • HTTPS证书认证
    • 基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式
    • 这种认证方式是安全性最高的一种方式，但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式

3

HTTPS认证过程

  • 证书申请和下发：HTTPS通信双方的服务器向CA机构申请证书，CA机构发根证书、服务端证书及私钥给申请者
  • 客户端和服务器的双向认证
    • 客户端向服务端发起请求，服务端下发自己的证书给客户端。客户端收到证书后，通过私钥解密证书，在证书中获取服务端的私钥。客户端利用服务器端的公钥认证证书中的信息，如果一致，则认可这个服务器
    • 客户端发送自己的证书给服务器端，服务端接收到证书后，通过私钥解密证书。在证书中获取客户端的公钥，并用该公钥认证证书信息，确认客户端是否合法
  • 服务器端和客户端进行通信
    • 服务器端和客户端协商好加密方案后，客户端会产生一个随机的私钥并加密，然后发送到服务器端
    • 服务器端接收到这个私钥后，双方接下来通信的所有内容都通过该随机私钥加密

总结

kubernetes允许同时配置多种认证方式，只要其中任意一种方式认证通过即可

授权管理

概述

授权发生在认证成功之后，通过认证就可以知道请求用户是谁，然后kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权限访问，这个过程就称为授权
每个发送到API Server的请求都带上了用户和资源的信息：比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等，授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误

API Server目前支持的几种授权策略

  • AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
  • AlwaysAllow：允许接收所有的请求，相当于集群不需要授权流程（kubernetes默认的策略）
  • ABAC：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
  • Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
  • Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
  • RBAC：基于角色的访问控制（kubeadm安装方式下的默认选项）

RBAC

概述

RBAC（Role Based Access Control）：基于角色的访问控制，主要是在描述一件事情：给哪些对象授权了哪些权限
RBAC涉及到了下面几个概念：

  • 对象：User、Groups、ServiceAccount
  • 角色：代表着一组定义在资源上的可操作的动作（权限）的集合
  • 绑定：将定义好的角色和用户绑定在一起
    4

RBAC还引入了4个顶级资源对象

  • Role、ClusterRole：角色，用于指定一组权限
  • RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色绑定，用于将角色（权限的集合）赋予给对象

Role、ClusterRole

一个角色就是一组权限的集合，这里的权限都是许可形式的（白名单）
Role的资源清单文件:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
# Role只能对命名空间的资源进行授权，需要指定namespace
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: authorization-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""] # 支持的API组列表，""空字符串，表示核心API群
    resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"]

ClusterRole的资源清单文件:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
# ClusterRole可以对集群范围内的资源、跨namespace的范围资源、非资源类型进行授权
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: authorization-clusterrole
rules:
  - apiGroups: [""] # 支持的API组列表，""空字符串，表示核心API群
    resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"]

rules中的参数说明：

  • apiGroups：
    • 支持的API组列表。
    • “”,”apps”,”autoscaling”,”batch”
  • resources：
    • 支持的资源对象列表。
    • “services”,”endpoints”,”pods”,”secrets”,”configmaps”,”crontabs”,”deployments”,”jobs”,”nodes”,”rolebindings”,”clusterroles”,”daemonsets”,”replicasets”,”statefulsets”,”horizontalpodautoscalers”,”replicationcontrollers”,”cronjobs”
  • verbs：
    • 对资源对象的操作方法列表。
    • “get”, “list”, “watch”, “create”, “update”, “patch”, “delete”, “exec”

RoleBinding、ClusterRoleBinding

角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标对象上，绑定目标可以是User、Group或者ServiceAccount
RoleBinding的资源清单文件:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
# RoleBinding可以将同一namespace中的subject对象绑定到某个Role下，则此Subject具有该Role定义的权限
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: xudaxian
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io  
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: authorization-role

ClusterRoleBinding的资源清单文件:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
# ClusterRoleBinding在整个集群级别和所有namespaces将特定的subject与ClusterRole绑定，授予权限
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: xudaxian
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole

RoleBinding引用ClusterRole进行授权

RoleBinding可以引用ClusterRole，对属于同一命名空间内ClusterRole定义的资源主体进行授权
一种很常用的做法是，集群管理员为集群范围预定义好一组角色（ClusterRole），然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。
这样可以大幅度提高授权管理工作效率，也使得各个命名空间下的基础性授权规则和使用体验保持一致。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
# 虽然authorization-clusterrole是一个集群角色，但是因为使用了RoleBinding
# 所以xudaxian只能读取dev命名空间中的资源
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: xudaxian
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole

RBAC实战

需求

创建一个只能管理dev命名空间下Pods资源的账号

创建账号

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
# 创建证书
cd /etc/kubernetes/pki/
(umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)

# 用API Server的证书去签署证书
openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"  # 签名申请：申请的用户是devman，组是devgroup
openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650  # 签署证书

# 设置集群、用户、上下文信息
kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.18.100:6443
kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman

# 切换账号到devman
kubectl config use-context devman@kubernetes

# 查看dev下的Pod，发现没有权限
kubectl get pods -n dev

# 切换到admin账户
kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes

创建Role和RoleBinding，为devman授权

创建dev-role.yaml文件，内容如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: dev-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""] # 支持的API组列表，""空字符串，表示核心API群
    resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"]

---

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: authorization-role-binding 
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: devman
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
roleRef:
  kind: Role 
  name: dev-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
1
2
# 创建Role和RoleBinding
kubectl create -f dev-role.yaml

切换账户，再次验证

1
2
3
4
5
6
7
8
# 切换账户到devman
kubectl config use-context devman@kubernetes

# 再次查看
kubectl get pod -n dev

# 切回admin账户
kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes

准入控制

概述

通过了前面的认证和授权之后，还需要经过准入控制通过之后，API Server才会处理这个请求
准入控制是一个可配置的控制器列表，可以通过在API Server上通过命令行设置选择执行哪些注入控制器

1
--enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds

只有当所有的注入控制器都检查通过之后，API Server才会执行该请求，否则返回拒绝。

当前可配置的Admission Control（准入控制）

  • AlwaysAdmit：允许所有请求。
  • AlwaysDeny：禁止所有请求，一般用于测试。
  • AlwaysPullImages：在启动容器之前总去下载镜像。
  • DenyExecOnPrivileged：它会拦截所有想在Privileged Container上执行命令的请求。
  • ImagePolicyWebhook：这个插件将允许后端的一个Webhook程序来完成admission controller的功能。
  • Service Account：实现ServiceAccount实现了自动化。
  • SecurityContextDeny：这个插件将使用SecurityContext的Pod中的定义全部失效。
  • ResourceQuota：用于资源配额管理目的，观察所有请求，确保在namespace上的配额不会超标。
  • LimitRanger：用于资源限制管理，作用于namespace上，确保对Pod进行资源限制。
  • InitialResources：为未设置资源请求与限制的Pod，根据其镜像的历史资源的使用情况进行设置。
  • NamespaceLifecycle：如果尝试在一个不存在的namespace中创建资源对象，则该创建请求将被拒 绝。当删除一个namespace时，系统将会删除该namespace中所有对象。
  • DefaultStorageClass：为了实现共享存储的动态供应，为未指定StorageClass或PV的PVC尝试匹配默认StorageClass，尽可能减少用户在申请PVC时所需了解的后端存储细节。
  • DefaultTolerationSeconds：这个插件为那些没有设置forgiveness tolerations并具有notready:NoExecute和unreachable:NoExecute两种taints的Pod设置默认的“容忍”时间，为5min。
  • PodSecurityPolicy：这个插件用于在创建或修改Pod时决定是否根据Pod的security context和可用的 PodSecurityPolicy对Pod的安全策略进行控制