带你玩转kubernetes-k8s（第41篇：深入分析集群安全机制四[Secret, PodSecurityPolicy]）

Secret私密凭据

    上一节提刀Secret对象，Secret的主要作用是保管私密数据，比如密码、OAuth Tokens、 SSH Key等信息。将这些私密信息放在Secret对象中比直接放在Pod或Docker Image中更安全，也更便于使用和分发。

   下面的例子用于创建一个Secret：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: mysecret
type: Opaque
data:
  password: dmFsdWUtMg0K
  username: dmFsdWUtMQ0K

     在上面的例子中，data域的各子域的值必须为BASE64编码值，其中password域和username域BASE64编码前的值分别为value-1和value-2。
一旦Secret被创建，就可以通过下面三种方式使用它。
（1）在创建Pod时，通过为Pod指定Service Account来自动使用该Secret。
（2）通过挂载该Secret到Pod来使用它。
（3）在Docker镜像下载时使用，通过指定Pod的spc.ImagePullSecrets来引用它。
      第1种使用方式主要用在API Server鉴权方面，之前提到过。下面的例子展示了第2种使用方式：将一个Secret通过挂载的方式添加到Pod的Volume中：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod
spec:
  containers:
  - name: mycontainer
    image: tomcat
    volumeMounts:
    - name: foo1
      mountPath: "/etc/foo1"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: foo1
    secret:
      secretName: mysecret

第3种使用方式的使用流程如下：

（1）执行login命令，登录私有Registry：

docker login localhost:8000

输入用户名和密码，如果是第1次登录系统，则会创建新用户，相关信息被会写入～/.dockercfg文件中。
（2）用BASE64编码dockercfg的内容：

cat ~/.dockercfg base64

（3）将上一步命令的输出结果作为Secret的data.dockercfg域的内容，由此来创建一个Secret：

# image-poll-secret.yaml:
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: myregistrykey
data:
  dockercfg: .......................................
  type: kubernetes.io/dockercfg

kubectl create -f image-pull-secret.yaml

（4）在创建Pod时引用该Secret：

# pods.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: mypod2
spec:
  containers:
  - name: foo
    image: jaychou/tomcat:v1
  imagePullSecrets:
  - name: myregistrykey

kubectl create -f pods.yaml

在使用Mount方式挂载Secret时，Container中Secret的data域的各个域的Key值作为目录中的文件，Value值被BASE64编码后存储在相应的文件中。在前面的例子中创建的Secret，被挂载到一个叫作mycontainer的Container中，在该Container中可通过相应的查询命令查看所生成的文件和文件中的内容，如下所示：

      通过上面的例子可以得出如下结论：我们可以通过Secret保管其他系统的敏感信息（比如数据库的用户名和密码），并以Mount的方式将Secret挂载到Container中，然后通过访问目录中文件的方式获取该敏感信息。当Pod被API Server创建时，API Server不会校验该Pod引用的Secret是否存在。一旦这个Pod被调度，则kubelet将试着获取Secret的值。如果Secret不存在或暂时无法连接到API Server，则kubelet按一定的时间间隔定期重试获取该Secret，并发送一个Event来解释Pod没有启动的原因。一旦Secret被Pod获取，则kubelet将创建并挂载包含Secret的Volume。只有所有Volume都挂载成功，Pod中的Container才会被启动。在kubelet启动Pod中的Container后，Container中和Secret相关的Volume将不会被改变，即使Secret本身被修改。为了使用更新后的Secret，必须删除旧Pod，并重新创建一个新Pod。

Pod的安全策略配置

     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1.10版本中升级为Beta版，到1.14版本时趋于成熟。目前PodSecurityPolicy资源对象的API版本为extensions/v1beta1，从1.10版本开始更新为policy/v1beta1，并计划于1.16版本时弃用extensions/v1beta1。

1.PodSecurityPolicy的工作机制

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

如果是高可用，所有apiserver均需要修改

kubectl edit pod -n kube-system kube-apiserver-k8s-master1

--enable-admission-plugins=PodSecurityPolicy

   

   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。

  例如，尝试创建如下Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

使用Kubectl命令创建时，系统将提示“禁止创建”的报错信息。

接下来创建一个PodSecurityPolicy，配置文件psp-non-privileged.yaml的内容如下：

apiVersion: policy/v1beta1
kind： PodSecurityPolicy
metadata:
  name: psp-non-privileged
spec:
  privileged: false # 不允许特权模式的Pod
  seLinux:
    rule: RunAsAny
  supplementalGroups:
    rule: RunAsAny
  runAsUser:
    rule: RunAsAny
  fsGroup:
    rule: RunAsAny
  volumes:
  - '*'

之后再次创建Pod既可成功。

    上面的PodSecurityPolicy“psp-non-privileged”设置了privileged: false，表示不允许创建特权模式的Pod。在下面的YAML配置文件pod-privileged.yaml中为Pod设置了特权模式：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    securityContext:
      privileged: true

创建Pod时，系统将提示“禁止创建特权模式的Pod”的报错信息.

2.PodSecurityPolicy配置详情

    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。

1.特权模式相关配置
privileged：是否允许Pod以特权模式运行。

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。
◎　configMap
◎　downwardAPI
◎　emptyDir
◎　persistentVolumeClaim
◎　secret
◎　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，例子如下。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: allow-hostpath-volumes
spec:
  volumes:
  - hostPath
  allowedHostPaths:
  - pathPrefix: "/foo"
    readOnly: true

      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。

◎　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。
◎　MayRunAs：需要设置Group ID的范围，例如1～65535，不强制要求Pod设置securityContext.fsGroup。
◎　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（root filesystem）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，例子如下。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: allow-flex-volumes
spec:
  volumes:
  - flexVolume
  allowedFlexVolumes:
  - driver: example/lvm
  - driver: example/cifs

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。
◎　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。
◎　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。
◎　RunAsAny：不限制User ID的范围，任何User都可以运行。

（2）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。
◎　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。
◎　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。
◎　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。
◎　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。
◎　MayRunAs：需要设置Group ID的范围，不强制要求Pod设置securityContext.supplementalGroups。
◎　RunAsAny：不限制Group ID的范围，任何supplementalGroups的用户都可以运行。

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。

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-linux-capabilities。

6.SELinux相关配置

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

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/#podsecuritypolicy-annotations

notations。
（3）Seccomp：设置允许容器使用的系统调用（System Calls）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/sysctl-cluster/#podsecuritypolicy

下面列举两种常用的PodSecurityPolicy安全策略配置。
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。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: privileged
  annotations:
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: '*'
spec:
  privileged: true
  allowPrivilegeEscalation: true
  allowedCapabilities:
  - '*'
  volumes:
  - '*'
  hostNetwork: true
  hostPorts:
  - min: 0
    max: 65535
  hostIPC: true
  hostPID: true
  runAsUser:
    rule: 'RunAsAny'
  seLinux:
    rule: 'RunAsAny'
  supplementalGroups:
    rule: 'RunAsAny'
  fsGroup:
    rule: 'RunAsAny'

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，等等。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: restricted
  annotations:
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'docker/default'
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/allowedProfileNames: 'runtime/default'
    seccomp.security.alpha.kubernetes.io/defaultProfileName: 'docker/default'
    apparmor.security.beta.kubernetes.io/dafaultProfileName: 'runtime/default'
spec:
  privileged: false
  allowPrivilegeEscalation: false
  requiredDropCapabilities:
  - ALL
  volumes:
  - 'configMap'
  - 'emptyDir'
  - 'projected'
  - 'secret'
  - 'downwardAPI'
  - 'persistentVolumeClaim'
  hostNetwork: false
  hostIPC: false
  hostPID: false
  runAsUser:
    rule: 'MustRunAsNonRoot'
  seLinux:
    rule: 'MustRunAs'
    ranges:
    - min: 1
      max: 65535
  fsGroup:
    rule: 'MustRunAs'
    ranges:
    - min: 1
      max: 65535
  readOnlyRootFilesystem: false

此外，Kubernetes建议使用RBAC授权机制来设置针对Pod安全策略的授权，通常应该对Pod的ServiceAccount进行授权。
例如，可以创建如下ClusterRole（也可以创建Role）并将其设置为允许使用PodSecurityPolicy：

kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: 
rules:
- apiGroup: ['policy']
  resources: ['podsecuritypolicies']
  verbs: ['use']
  resourceNames:
  -   # 允许使用的PodSecurityPolicy列表

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

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: 
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name:   # 之前创建的ClusterRole名称
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
subjects:
# 对特定Namespace中的ServiceAccount进行授权
- kind: ServiceAccount
  name:  # ServiceAccount 的名称
  namespace:  # Namespace的名称
# 对特定用户进行授权（不推荐）
- kind: User
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  name:   # 用户名

也可以创建RoleBinding对与该RoleBinding相同的Namespace中的Pod进行授权，通常可以与某个系统级别的Group关联配置，例如：

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: 
  namespace:   # 该RoleBinding 所属的Namespace
roleRef:
  kind: Role
  name: 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
subjects:
# 授权该Namespace中的全部ServiceAccount
- kind: Group
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  name: system:serviceaccounts
# 授权该Namespace中的全部哦用户
- kind: Group
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  name: system:authenticated

Pod的安全设置详解

     在系统管理员对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。
◎　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。
◎　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。
例1：Pod级别的安全设置，作用于该Pod内的全部容器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
    runAsGroup: 3000
    fsGroup: 2000
  volumes:
  - name: sec-ctx-vol
    emptyDir: {}
  containers:
  - name: sec-ctx-demo
    image: tomcat
    volumeMounts:
    - name: sec-ctx-vol
      mountPath: /data/demo
    securityContext:
      allowPrivilegeEscalation: false

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。

创建该Pod之后进入容器环境，查看到运行进程的用户ID为1000：

 

查看从Volume挂载到容器的/data/demo目录，其Group ID为2000

 

在该目录下创建一个新文件，可见其用户ID为1000，组ID为2000：

 

例2：Container级别的安全设置，作用于特定的容器。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo-2
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
  containers:
  - name: sec-ctx-demo-2
    image: tomcat
    securityContext:
      runAsUser: 2000
      allowPrivilegeEscalation: false

创建该Pod之后进入容器环境，查看到运行进程的用户ID为2000：

 

 

例3：为Container设置可用的Linux能力，为容器设置允许使用的Linux能力包括NET_ADMIN和SYS_TIME。

 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: security-context-demo-3
spec:
  containers:
  - name: sec-ctx-3
    image: tomcat
    securityContext:
      capabilities:
        add: ["NET_ADMIN","SYS_TIME"]

创建该Pod之后进入容器环境，查看1号进程的Linux能力设置：

 

 

小结：

    本节内容到此结束，明天开始，开始讲解k8s的网络原理。

     谢谢大家的支持！