035.集群安全-Pod安全

一 Pod安全

1.1 PodSecurityPolicy启用

为了更精细地控制Pod对资源的使用方式，Kubernetes从1.4版本开始引入了PodSecurityPolicy资源对象对Pod的安全策略进行管理，并在1.1版本中升级为Beta版，到1.14版本时趋于成熟。

若想启用PodSecurityPolicy机制，需要在kube-apiserver服务的启动参数--enable-admission-plugins中进行设置：

[root@k8smaster01 ~]# vi /etc/systemd/system/kube-apiserver.service

  1 ……
  2 --enable-admission-plugins=PodSecurityPolicy \
  3 ……

[root@k8smaster01 ~]# systemctl daemon-reload

[root@k8smaster01 ~]# systemctl restart kube-apiserver.service

在开启PodSecurityPolicy准入控制器后，Kubernetes默认不允许创建任何Pod，需要创建PodSecurityPolicy策略和相应的RBAC授权策略（Authorizing Policies），Pod才能创建成功。

[root@k8smaster01 study]# vi nginx-pod.yaml #测试创建Pod

  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   name: nginx
  5 spec:
  6   containers:
  7   - name: nginx
  8     image: nginx
  9     ports:
 10     - name: web
 11       containerPort: 80

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f nginx-pod.yaml

1.2 PodSecurityPolicy配置

[root@k8smaster01 study]# vi psp-non-privileged.yaml

  1 apiVersion: policy/v1beta1
  2 kind: PodSecurityPolicy
  3 metadata:
  4   name: psp-non-privileged
  5 spec:
  6   privileged: false		#不允许特权模式的Pod
  7   seLinux:
  8     rule: RunAsAny
  9   supplementalGroups:
 10     rule: RunAsAny
 11   runAsUser:
 12     rule: RunAsAny
 13   fsGroup:
 14     rule: RunAsAny
 15   volumes:
 16   - '*'

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f psp-non-privileged.yaml

[root@k8smaster01 study]# kubectl get psp psp-non-privileged #查看策略

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f nginx-pod.yaml #再次创建Pod

解释：如上PodSecurityPolicy“psp-non-privileged”设置了privileged:false，表示不允许创建特权模式的Pod。

[root@k8smaster01 study]# vi nginx-pod2.yaml #开启Pod的特权模式

  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   name: nginx2
  5 spec:
  6   containers:
  7   - name: nginx2
  8     image: nginx
  9     securityContext:
 10       privileged: true
 11     ports:
 12     - name: web
 13       containerPort: 80

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f nginx-pod2.yaml

解释：如上开启Pod的特权模式，在创建Pod时，系统将提示如上“禁止创建特权模式的Pod”的报错信息。

二 PodSecurityPolicy配置详解

在PodSecurityPolicy对象中可以设置下列字段来控制Pod运行时的各种安全策略。

2.1 特权模式配置

privileged：是否允许Pod以特权模式运行。

2.2 宿主机资源相关配置

1. hostPID：是否允许Pod共享宿主机的进程空间。
2. hostIPC：是否允许Pod共享宿主机的IPC命名空间。
3. hostNetwork：是否允许Pod使用宿主机网络的命名空间。
4. hostPorts：是否允许Pod使用宿主机的端口号，可以通过hostPortRange字段设置允许使用的端口号范围，以[min,max]设置最小端口号和最大端口号。
5. Volumes：允许Pod使用的存储卷Volume类型，设置为“*”表示允许使用任意Volume类型，建议至少允许Pod使用下列Volume类型。
1. configMap
2. downwardAPI
3. emptyDir
4. persistentVolumeClaim
5. secret
6. projected
6. AllowedHostPaths：允许Pod使用宿主机的hostPath路径名称，可以通过pathPrefix字段设置路径的前缀，并可以设置是否为只读属性。

示例1：

  1 apiVersion: policy/v1beta1
  2 kind: PodSecurityPolicy
  3 metadata:
  4   name: allow-hostpath-volumes
  5 spec:
  6   volumes:
  7     - hostPath
  8   allowedHostPaths:
  9     - pathPrefix: "/foo"
 10       readOnly: true

解释：结果为允许Pod访问宿主机上以“/foo”为前缀的路径，包括“/foo”“/foo/”“/foo/bar”等，但不能访问“/fool”“/etc/foo”等路径，也不允许通过“/foo/../”表达式访问/foo的上层目录。

7. FSGroup：设置允许访问某些Volume的Group ID范围，可以将规则（rule字段）设置为MustRunAs、MayRunAs或RunAsAny。
1. MustRunAs：需要设置Group ID的范围，例如1～65535，要求Pod的securityContext.fsGroup设置的值必须属于该Group ID的范围。
2. MayRunAs：需要设置Group ID的范围，例如1～65535，不强制要求Pod设置securityContext.fsGroup。
3. RunAsAny：不限制Group ID的范围，任何Group都可以访问Volume。
8. ReadOnlyRootFilesystem：要求容器运行的根文件系统（rootfilesystem）必须是只读的。
9. allowedFlexVolumes：对于类型为flexVolume的存储卷，设置允许使用的驱动类型。

示例2：

  1 apiVersion: policy/v1beta1
  2 kind: PodSecurityPolicy
  3 metadata:
  4   name: allow-flex-volumes
  5 spec:
  6   volumes:
  7     - flexVolume
  8   allowedflexVolumes:
  9     - driver: example/lvm
 10     - driver: example/cifs

2.3 用户和组相关配置

1. RunAsUser：设置运行容器的用户ID（User ID）范围，规则字段（rule）的值可以被设置为MustRunAs、MustRunAsNonRoot或RunAsAny。
1. MustRunAs：需要设置User ID的范围，要求Pod的securityContext.runAsUser设置的值必须属于该User ID的范围。
2. MustRunAsNonRoot：必须以非root用户运行容器，要求Pod的securityContext.runAsUser设置一个非0的用户ID，或者镜像中在USER字段设置了用户ID，建议同时设置allowPrivilegeEscalation=false以避免不必要的提升权限操作。
2. RunAsAny：不限制User ID的范围，任何User都可以运行。
1. RunAsGroup：设置运行容器的Group ID范围，规则字段的值可以被设置为MustRunAs、MustRunAsNonRoot或RunAsAny。
2. MustRunAs：需要设置Group ID的范围，要求Pod的securityContext.runAsGroup设置的值必须属于该Group ID的范围。
3. MustRunAsNonRoot：必须以非root组运行容器，要求Pod的securityContext.runAsUser设置一个非0的用户ID，或者镜像中在USER字段设置了用户ID，建议同时设置allowPrivilegeEscalation=false以避免不必要的提升权限操作。
4. RunAsAny：不限制Group ID的范围，任何Group的用户都可以运行。
3. SupplementalGroups：设置容器可以额外添加的Group ID范围，可以将规则（rule字段）设置为MustRunAs、MayRunAs或RunAsAny。
1. MustRunAs：需要设置Group ID的范围，要求Pod的securityContext.supplementalGroups设置的值必须属于该Group ID范围。
2. MayRunAs：需要设置Group ID的范围，不强制要求Pod设置securityContext.supplementalGroups。
3. RunAsAny：不限制Group ID的范围，任何supplementalGroups的用户都可以运行。

2.4 提升权限相关配置

1. AllowPrivilegeEscalation：设置容器内的子进程是否可以提升权限，通常在设置非root用户（MustRunAsNonRoot）时进行设置。
2. DefaultAllowPrivilegeEscalation：设置AllowPrivilegeEscalation的默认值，设置为disallow时，管理员还可以显式设置AllowPrivilegeEscalation来指定是否允许提升权限。

2.5 Linux能力相关配置

1. AllowedCapabilities：设置容器可以使用的Linux能力列表，设置为“*”表示允许使用Linux的所有能力（如NET_ADMIN、SYS_TIME等）。
2. RequiredDropCapabilities：设置不允许容器使用的Linux能力列表。
3. DefaultAddCapabilities：设置默认为容器添加的Linux能力列表，例如SYS_TIME等，Docker建议默认设置的Linux能力请查看https://docs.docker.com/engine/reference/run/#runtime-privilege-and-linuxcapabilities。

2.6.SELinux相关配置

1. seLinux：设置SELinux参数，可以将规则字段（rule）的值设置为MustRunAs或RunAsAny。
1. MustRunAs：要求设置seLinuxOptions，系统将对Pod的securityContext.seLinuxOptions设置的值进行校验。
2. RunAsAny：不限制seLinuxOptions的设置。

2.7 其他Linux相关配置

1. AllowedProcMountTypes：设置允许的ProcMountTypes类型列表，可以设置allowedProcMountTypes或DefaultProcMount。
2. AppArmor：设置对容器可执行程序的访问控制权限，详情请参考https://kubernetes.io/docs/tutorials/clusters/apparmor/#podsecuritypolicyannotations。
3. Seccomp：设置允许容器使用的系统调用（SystemCalls）的profile。
4. Sysctl：设置允许调整的内核参数，详情请参考https://kubernetes.io/docs/concepts/cluster-administration/sysctlcluster/#podsecuritypolicy。

2.8 常见PodSecurityPolicy安全策略配置

示例1：基本没有限制的安全策略，允许创建任意安全设置的Pod。

  1 apiVersion: policy/v1beta1
  2 kind: PodSecurityPolicy
  3 metadata:
  4   name: privileged
  5   annotations:
  6     seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: '*'
  7 spec:
  8   privileged: true
  9   allowPrivilegeEscalation: true
 10   allowedCapabilities:
 11   - '*'
 12   volumes:
 13   - '*'
 14   hostNetwork: true
 15   hostPorts:
 16   - min: 0
 17     max: 65535
 18   hostIPC: true
 19   hostPID: true
 20   runAsUser:
 21     rule: 'RunAsAny'
 22   seLinux:
 23     rule: 'RunAsAny'
 24   supplementalGroups:
 25     rule: 'RunAsAny'
 26   fsGroup:
 27     rule: 'RunAsAny'

示例2：要求Pod运行用户为非特权用户；禁止提升权限；不允许使用宿主机网络、端口号、IPC等资源；限制可以使用的Volume类型等。

  1 apiVersion: policy/v1beta1
  2 kind: PodSecurityPolicy
  3 metadata:
  4   name: restricted
  5   annotations:
  6     seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'docker/default'
  7     apparmor.security.beta.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'runtime/default'
  8     seccomp.security.alpha.kubernetes.io/defaultProfileName: 'docker/default'
  9     apparmor.security.beta.kubernetes.io/dafaultProfileName: 'runtime/default'
 10 spec:
 11   privileged: false
 12   allowPrivilegeEscalation: false
 13   requiredDropCapabilities:
 14   - ALL
 15   volumes:
 16   - 'configMap'
 17   - 'emptyDir'
 18   - 'projected'
 19   - 'secret'
 20   - 'downwardAPI'
 21   - 'persistentVolumeClaim'
 22   hostNetwork: false
 23   hostIPC: false
 24   hostPID: false
 25   runAsUser:
 26     rule: 'MustRunAsNonRoot'
 27   seLinux:
 28     rule: 'MustRunAs'
 29     ranges:
 30     - min: 1
 31       max: 65535
 32   fsGroup:
 33     rule: 'MustRunAs'
 34     ranges:
 35     - min: 1
 36       max: 65535
 37   readOnlyRootFilesystem: false

示例3：创建如下ClusterRole（也可以创建Role）并将其设置为:允许使用PodSecurityPolicy。

  1 kind: ClusterRole
  2 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
  3 metadata:
  4   name: name>
  5 rules:
  6 - apiGroup: ['policy']
  7   resources: ['podsecuritypolicies']
  8   verbs: ['use']
  9   resourceNames:
 10   -   # 允许使用的PodSecurityPolicy列表

然后创建一个ClusterRoleBinding与用户和ServiceAccount进行绑定。

  1 kind: ClusterRoleBinding
  2 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
  3 metadata:
  4   name: name>
  5 roleRef:
  6   kind: ClusterRole
  7   name: name>  # 之前创建的ClusterRole名称
  8   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  9 subjects:
 10 # 对特定Namespace中的ServiceAccount进行授权
 11 - kind: ServiceAccount
 12   name: name> # ServiceAccount 的名称
 13   namespace:  # Namespace的名称
 14 # 对特定用户进行授权（不推荐）
 15 - kind: User
 16   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
 17   name: user name>  # 用户名

三 Pod的安全设置详解

3.1 Pod安全策略类型

当Kubernetes集群中设置了PodSecurityPolicy策略之后，系统将对Pod和Container级别的安全设置进行校验，对于不满足PodSecurityPolicy安全策略的Pod，系统将拒绝创建。

Pod和容器的安全策略可以在Pod或Container的securityContext字段中进行设置，如果在Pod和Container级别都设置了相同的安全类型字段，容器将使用Container级别的设置。

在Pod级别可以设置的安全策略类型如下：

• runAsGroup：容器内运行程序的用户组ID。
• runAsNonRoot：是否必须以非root用户运行程序。
• fsGroup：SELinux相关设置。
• seLinuxOptions：SELinux相关设置。
• supplementalGroups：允许容器使用的其他用户组ID。
• sysctls：设置允许调整的内核参数。
• 在Container级别可以设置的安全策略类型如下。
• runAsUser：容器内运行程序的用户ID。
• runAsGroup：容器内运行程序的用户组ID。
• runAsNonRoot：是否必须以非root用户运行程序。
• privileged：是否以特权模式运行。
• allowPrivilegeEscalation：是否允许提升权限。
• readOnlyRootFilesystem：根文件系统是否为只读属性。
• capabilities：Linux能力列表。
• seLinuxOptions：SELinux相关设置。

示例1：

[root@k8smaster01 study]# vi security-context-pod01.yaml

  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   name: security-context-demo
  5 spec:
  6   securityContext:
  7     runAsUser: 1000
  8     runAsGroup: 3000
  9     fsGroup: 2000
 10   volumes:
 11   - name: sec-ctx-vol
 12     emptyDir: {}
 13   containers:
 14   - name: sec-ctx-demo
 15     image: tomcat
 16     volumeMounts:
 17     - name: sec-ctx-vol
 18       mountPath: /data/demo
 19     securityContext:
 20       allowPrivilegeEscalation: false

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f security-context-pod01.yaml

[root@k8smaster01 study]# kubectl exec -ti security-context-demo /bin/bash

$ ps aux #运行进程的用户ID为1000

$ ls -l /data/ #挂载的目录Group ID为2000

total 0

drwxrwsrwx 2 root 2000 6 Nov 28 13:56 demo

解释：在spec.securityContext中设置了如下参数。

runAsUser=1000：所有容器都将以User ID 1000运行程序，所有新生成文件的User ID也被设置为1000。

runAsGroup=3000：所有容器都将以Group ID 3000运行程序，所有新生成文件的Group ID也被设置为3000。

fsGroup=2000：挂载的卷“/data/demo”及其中创建的文件都将属于Group ID 2000。

3.3 Container安全策略类型

• runAsUser： 容器内运行程序的用户ID。
• runAsGroup： 容器内运行程序的用户组ID。
• runAsNonRoot： 是否必须以非root用户运行程序。
• privileged： 是否以特权模式运行。
• allowPrivilegeEscalation： 是否允许提升权限。
• readOnlyRootFilesystem： 根文件系统是否为只读属性。
• capabilities： Linux能力列表。
• seLinuxOptions： SELinux相关设置。

示例2：

[root@k8smaster01 study]# vi security-context-pod02.yaml

  1 apiVersion: v1
  2 kind: Pod
  3 metadata:
  4   name: security-context-demo-2
  5 spec:
  6   securityContext:
  7     runAsUser: 1000
  8   containers:
  9   - name: sec-ctx-demo-2
 10     image: tomcat
 11     securityContext:
 12       runAsUser: 2000
 13       allowPrivilegeEscalation: false

[root@k8smaster01 study]# kubectl create -f security-context-pod02.yaml

[root@k8smaster01 study]# kubectl exec security-context-demo-2 /bin/bash

$ ps aux #运行进程的用户ID为1000