容器安全和docker—TLS加密通讯

首先我们需要来了解一下Docker容器和虚拟机的区别

一、Docker 容器与虚拟机的区别

1.隔离与共享

虚拟机通过添加 Hypervisor 层，虚拟出网卡、内存、CPU 等虚拟硬件，再在其上建立 虚拟机，每个虚拟机都有自己的系统内核。
而 Docker 容器则是通过隔离的方式，将文件系 统、进程、设备、网络等资源进行隔离，再对权限、CPU 资源等进行控制，最终让容器之间互不影响，
容器无法影响宿主机。容器与宿主机共享内核、文件系统、硬件等资源。

2.性能与损耗

与虚拟机相比，容器资源损耗要少。 同样的宿主机下，能够建立容器的数量要比虚拟 机多。但是，虚拟机的安全性要比容器稍好，
要从虚拟机攻破到宿主机或其他虚拟机，需要 先攻破 Hypervisor 层，这是极其困难的。而 docker 容器与宿主机共享内核、文件系统等资源，
更有可能对其他容器、宿主机产生影响。

二、Docker 存在的安全问题

1.Docker 自身漏洞

作为一款应用 Docker 本身实现上会有代码缺陷。CVE官方记录Docker历史版本共有超过20项漏洞。
黑客常用的攻击手段主要有代码执行、权限提升、 信息泄露、权限绕过等。目前 Docker 版本更迭非常快，
Docker 用户最好将 Docker 升级为 最新版本。

2. Docker 源码问题

Docker 提供了 Docker hub，可以让用户上传创建的镜像，以便其他用户下载，快速搭 建环境。但同时也带来了一些安全问题。例如下面三种方式：
**（1）**黑客上传恶意镜像 如果有黑客在制作的镜像中植入木马、后门等恶意软件，那么环境从一开始就已经不安全了，后续更没有什么安全可言。

**（2）**镜像使用有漏洞的软件 Docker Hub 上能下载的镜像里面，75%的镜像都安装了有漏洞的软件。所以下载镜像后，
需要检查里面软件的版本信息，对应的版本是否存在漏洞，并及时更新打上补丁。

**（3）**中间人攻击篡改镜像 镜像在传输过程中可能被篡改，目前新版本的 Docker 已经提供了相应的校验机制来预 防这个问题。

三、Docker 架构缺陷与安全机制

Docker 本身的架构与机制就可能产生问题，例如这样一种攻击场景，黑客已经控制了宿主机上的一些容器，或者获得了通过在公有云上建立容器的方式，然后对宿主机或其他容器发起攻击。

1. 容器之间的局域网攻击

主机上的容器之间可以构成局域网，因此针对局域网的 ARP 欺骗、嗅探、广播风暴等攻 击方式便可以用上。
所以，在一个主机上部署多个容器需要合理的配置网络，设置 iptable 规则。

2. DDoS 攻击耗尽资源

Cgroups 安全机制就是要防止此类攻击的，不要为单一的容器分配过多的资源即可避免此类问题。

3. 有漏洞的系统调用

Docker与虚拟机的一个重要的区别就是Docker与宿主机共用一个操作系统内核。
一旦宿主内核存在可以越权或者提权漏洞，尽管Docker使用普通用户执行，在容器被入侵时，攻击者还可以利用内核漏洞跳到宿主机做更多的事情。

4. 共享root用户权限

如果以 root 用户权限运行容器，容器内的 root 用户也就拥有了宿主机的root权限。

四、Docker 安全基线标准

从内核、主机、网络、镜像、容器以及其它等 6 个方 面总结 Docker 安全基线标准

1.内核级别

（1）及时更新内核。 
（2）User NameSpace（容器内的 root 权限在容器之外处于非高权限状态）。 
（3）Cgroups（对资源的配额和度量）。 
（4）SELiux/AppArmor/GRSEC（控制文件访问权限）。 
（5）Capability（权限划分）。 
（6）Seccomp（限定系统调用）。 
（7）禁止将容器的命名空间与宿主机进程命名空间共享。

2.主机级别

（1）为容器创建独立分区。 
（2）仅运行必要的服务。 
（3）禁止将宿主机上敏感目录映射到容器。 
（4）对 Docker 守护进程、相关文件和目录进行审计。 
（5）设置适当的默认文件描述符数。
（文件描述符：内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。文件描述符是非负整数。
打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件） 
（6）用户权限为 root 的 Docker 相关文件的访问权限应该为 644 或者更低权限。 
（7）周期性检查每个主机的容器清单，并清理不必要的容器。

3.网络级别

（1）通过 iptables 设定规则实现禁止或允许容器之间网络流量。 
（2）允许 Docker 修改 iptables。 
（3）禁止将 Docker 绑定到其他 IP/Port 或者 Unix Socket。 
（4）禁止在容器上映射特权端口。 
（5）容器上只开放所需要的端口。 
（6）禁止在容器上使用主机网络模式。
（7）若宿主机有多个网卡，将容器进入流量绑定到特定的主机网卡上。

4.镜像级别

（1）创建本地镜像仓库服务器。 
（2）镜像中软件都为最新版本。 
（3）使用可信镜像文件，并通过安全通道下载。
（4）重新构建镜像而非对容器和镜像打补丁。 
（5）合理管理镜像标签，及时移除不再使用的镜像。 
（6）使用镜像扫描。 
（7）使用镜像签名。

5.容器级别

（1）容器最小化，操作系统镜像最小集。 
（2）容器以单一主进程的方式运行。 
（3）禁止 privileged 标记使用特权容器。 
（4）禁止在容器上运行 ssh 服务。 
（5）以只读的方式挂载容器的根目录系统。 
（6）明确定义属于容器的数据盘符。 
（7）通过设置 on-failure 限制容器尝试重启的次数，容器反复重启容易丢失数据。 
（8）限制在容器中可用的进程树，以防止 fork bomb。（fork炸弹，迅速增长子进程，耗尽系统进程数量）

6.其他设置

（1）定期对宿主机系统及容器进行安全审计。 
（2）使用最少资源和最低权限运行容器。 
（3）避免在同一宿主机上部署大量容器，维持在一个能够管理的数量。 （48核心的服务器控制控制容器在80-100之间）
（4）监控 Docker 容器的使用，性能以及其他各项指标。 
（5）增加实时威胁检测和事件响应功能。 
（6）使用中心和远程日志收集服务

五、容器最小化

如果仅在容器中运行必要的服务，像 SSH 等服务是不能轻易开启去连接容器的。通常使用以下方式来进入容器。

docker exec -it a661258f6bfe bash

六、Docker remote api 访问控制

Docker的远程调用 API 接口存在未授权访问漏洞，至少应限制外网访问。建议使用 Socket 方式访问。
监听内网 ip，docker daemon 启动方式如下。

dockerd -H uninx:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.195.128:2375

或者

vim /usr/lib/systemd/system/docker.service

#开放本地监听地址和端口
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.195.128:2375

systemctl daemon-reload

systemctl restart docker

对于对方而言，如果对方开了防火墙，我们需要做一个防火墙的规则
firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.182.11" port protocol="tcp" port="2375" accept"

firewall-cmd --reload      #重新加载防火墙

//客户端操作实现远程调用
docker -H tcp://192.168.200.40 images

这是就能远程调用了

docker -H tcp://宿主机ip 操作命令
docker -H tcp://192.168.182.11 ps -a

七、限制流量流向

使用防火墙过滤器限制 Docker 容器的源 IP 地址范围与外界通讯。

firewall-cmd --permanent --zone=public --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.195.0/24" reject"
                                                                                     
                                                                                     拒绝这个网段的连接

大量问题是因为Docker容器端口外放引起的漏洞，除了操作系统账户权限控制上的问题，更在于对Docker Daemon的进程管理上存在隐患。
目前常用的Docker版本都支持Docker Daemon管理宿主iptables的，而且一旦启动进程加上-p host_port:guest_port的端口映射，
Docker Daemon会直接增加对应的FORWARD Chain并且-j ACCEPT，而默认的DROP规则是在INPUT链做的，对docker没法限制，
这就留下了很严重的安全隐患了。因此建议：

1. 不在有外网ip的机器上使用Docker服务

2. 使用k8s等docker编排系统管理Docker容器

3. 宿主上Docker daemon启动命令加一个--iptables=false，然后把常用iptables写进文件里，再用iptables-restore去刷。

八、镜像安全

Docker 镜像安全扫描，在镜像仓库客户端使用证书认证，对下载的镜像进行检查。
通过与 CVE 数据库同步扫描镜像，一旦发现漏洞则通知用户处理，或者直接阻止镜像继续构建。

如果公司使用的是自己的镜像源，可以跳过此步；否则，至少需要验证 baseimage 的 md5 等特征值，确认一致后再基于 baseimage 进一步构建。
一般情况下，要确保只从受信任的库中获取镜像，并且不建议使用–insecure-registry=[] 参数，推荐使用harbor私有仓库。

九、Docker-TLS加密通讯

1、什么是TLS？有什么作用？

TLS（Transport Layer Security Protocol）：传输层安全性协议，其前身安全套接层（Secure Sockets Layer，缩写作SSL）是一种安全协议，目的是为互联网通信提供安全及数据完整性保障。

TLS协议采用主从式架构模型，用于在两个应用程序间透过网络创建起安全的连线，防止在交换数据时受到窃听及篡改

TLS协议的优势是与高层的应用层协议（如HTTP、FTP、Telnet等）无耦合。应用层协议能透明地运行在TLS协议之上，由TLS协议进行创建加密通道需要的协商和认证。应用层协议传送的数据在通过TLS协议时都会被加密，从而保证通信的私密性。

2、为什么要使用TLS加密

为了防止链路劫持、会话劫持等问题导致 Docker 通信时被中 间人攻击，c/s 两端应该通过加密方式通讯。

3、CA认证：

证书颁发机构（CA, Certificate Authority）即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。

CA 证书颁发的时候，证书中是包含密钥对的，同时用户信息也是进行加密的，所以CA颁发的证书具有两个特点：

① 用户发送的信息都是加密的

② 身份的唯一性

证书格式：x509（国际标准）

首先CA先颁发ca证书，然后用证书和相关信息找CA颁发server证书、client证书，cilent证书要推送给client

4、密钥和私钥

密钥

• 秘钥（AES、DES、3DES） 相当于家里的锁和对应的钥匙
• 效率高，但不安全

私钥

• 非对称秘钥（rsa，公钥-私钥）相当于古代的虎符，不能从私钥推导出公钥
• 效率不高（需要加密，转换较慢）

5、什么是Hash值

Hash算法是一个广义的算法，在这里做数字签名来保障数据传递的安全性，如何确保数据的安全性，通过hash值对比确定数据完整性和安全性。

6、TLS配置及部署

主机名	操作系统	IP地址
server	CentOS7	192.168.182.11
client	CentOS7	192.168.182.22

为了防止链路劫持、会话劫持等问题导致 Docker 通信时被中间人攻击，c/s 两端应该通过加密方式通讯。

== server服务端配置==

mkdir /tls
cd /tls

hostnamectl set-hostname master
su

vim /etc/hosts
127.0.0.1   master

创建ca密钥

//创建ca密钥
openssl genrsa -aes256 -out ca-key.pem 4096

相关参数:
genrsa     使用RSA算法产生私钥
-aes256    使用256位密钥的AES算法对私钥进行加密
-out       输出文件的路径
4096       秘钥的长度

生成ca证书

//创建ca证书；
openssl req -new -x509 -days 1000 -key ca-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out ca.pem

相关参数:
req     请求证书
-new    新证书签发请求
-x509   生成x509格式证书
-days   证书有效期1000天
-key    指定私钥路径
-subj   subject的缩写,可以认为是主题、项目等

创建服务器私钥

openssl genrsa -out server-key.pem 4096

签名私钥

openssl req -subj "/CN=*" -sha256 -new -key server-key.pem -out server.csr

#使用server-key.pem 密钥文件进行签名，生成签名文件

使用ca证书与私钥证书签名

使用ca证书与私钥证书签名，输入123123

openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in server.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem

相关参数:
-in   指定输入的证书、秘钥等文件
-CAcreateserial  表示创建证书序列号文件（默认为ca.srl）

生成客户端密钥

openssl genrsa -out key.pem 4096

签名客户端

openssl req -subj "/CN=client" -new -key key.pem -out client.csr

创建配置文件

echo extendedKeyUsage=clientAuth > extfile.cnf

签名证书，输入123123，需要（签名客户端，ca证书，ca密钥）

openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in client.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out cert.pem -extfile extfile.cnf

删除多余文件

rm -rf ca.srl client.csr extfile.cnf server.csr

配置docker，指定tls证书的路径、开放的端口、通信的进程等

vim /lib/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/dockerd --tlsverify --tlscacert=/tls/ca.pem --tlscert=/tls/server-cert.pem --tlskey=/tls/server-key.pem -H tcp://0.0.0.0:2376 -H unix:///var/run/docker.sock

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

将 /tls/ca.pem /tls/cert.pem /tls/key.pem 三个文件复制到另一台主机

scp ca.pem root@192.168.182.22:/etc/docker/
scp cert.pem root@192.168.182.22:/etc/docker/
scp key.pem root@192.168.182.22:/etc/docker/

本地验证

//本地验证
docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 version
docker pull nginx

client：192.168.182.22

hostnamectl set-hostname client
su

echo '192.168.162.11 server' >> /etc/hosts
或
vim /etc/hosts
192.168.162.11 server

cd /etc/docker
docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://server:2376 images