Docker 安全及日志管理

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前言

容器的安全性问题的根源在于容器和宿主机共享内核。如果容器里的应用导致Linux内核崩溃，那么整个系统可能都会崩溃。与虚拟机是不同的，虚拟机并没有与主机共享内核，虚拟机崩溃一般不会导致宿主机崩溃。

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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（虚拟化中间层），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，可参见 Docker 官方网站。
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 用户可将 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
DockerHub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、端口扫描、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安全，比如设置 iptables 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（docker run --privileged），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

下面从内核、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），设置CPU、内存、磁盘 IO等资源限制。
（4）通过启用 SELinux（控制文件访问权限）适当的强化系统来增加额外的安全性。
（5）Capability（权限划分），比如划分指定的CPU给容器。
（6）Seccomp（限定系统调用），限制不必要的系统调用。
（7）禁止将容器的命名空间与宿主机进程命名空间共享，比如 host 网络模式。

2. 主机级别
（1）为容器创建独立分区，比如创建在分布式文件系统上。
（2）仅运行必要的服务，注意尽量避免在容器中运行 ssh 服务 。
（3）禁止将宿主机上敏感目录映射到容器，-v创建数据卷时需要注意。
（4）对 Docker 守护进程、相关文件和目录进行审计，防止有病毒或木马文件生成。
（5）设置适当的默认文件描述符数。
（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 绑定到其他已使用的 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 host 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。
docker network create --subnet=172.18.0.0/16 --opt “com.docker.network.bridge.name”=“docker1” mynetwork
docker run -itd --net mynetwork --ip 172.18.0.100 centos:7 /bin/bash
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 172.18.0.100 -o ens36 -j SNAT --to-source 192.168.80.10

4. 镜像级别
（1）创建本地私有镜像仓库服务器。
（2）镜像中软件都为最新版本，建议根据实际情况使用对应版本，业务稳定优先。
（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，销毁异常容器重新构建。
（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，尽量使用 docker exec 进入容器。
（5）以只读的方式挂载容器的根目录系统，-v 宿主机目录:容器目录:ro。
（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，–restart=on-failure:3。
（8）限制在容器中可用的进程数，docker run -m 限制内存的使用，以防止 fork 炸弹。 （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，此为 Docker 容器安全的核心思想。
（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。
（4）监控 Docker 容器的使用，性能以及其他各项指标，比如 zabbix。
（5）增加实时威胁检测和事件报警响应功能，比如 zabbix。
（6）使用中心和远程日志收集服务，比如 ELK 。

由于安全属于非常具体的技术，这里不再赘述，可直接参阅 Docker 官方文档，https://docs.docker.com/engine/security/

五、容器相关的常用安全配置方法

1. 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

2. Docker 远程 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。

（1）在 docker 服务配置文件指定监听内网 ip
vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
--13行--修改
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.154.10:2375

（2）重启 Docker
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
netstat -natp | grep 2375

（3）在宿主机的 firewalld 上做 IP 访问控制，source address 指定的是客户端地址
firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.154.11" port protocol="tcp" port="2375" accept"
firewall-cmd --reload
或
iptables -t filter -A INPUT -s 192.168.154.11 -p tcp --dport 2375 -j ACCEPT 

（4）在客户端上实现远程授权访问
docker -H tcp://192.168.154.10 images

六、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="192.168.154.0/24" reject"
iptables -t filter -A INPUT -s 192.168.154.0/24 -j REJECT

生产环境中的大量问题是因为 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 管理宿主机 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。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）宿主机上 Docker daemon 启动命令加一个 --iptables=false，然后把常用 iptables 规则写进文件里，再用 iptables-restore 重定向输入去刷新规则。

七、镜像安全

一般情况下，要确保只从受信任的库中获取镜像，推荐使用 harbor 私有仓库。
如果公司使用的不是自己的镜像源，需要使用 Docker 镜像安全扫描工具 Clair，对下载的镜像进行检查。通过与 CVE 数据库同步扫描镜像，验证镜像的 md5 等特征值，确认一致后再基于镜像进一步构建。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。

八、避免Docker 容器中信息泄露

近几年 Github 上大量泄露个人或企业各种账号密码，出现这种问题一般都使用 dockerfile 或者 docker-compose 文件创建容器。 如果这些文件中存在账号密码等认证信息，一旦 Docker 容器对外开放，则这些宿主机上的敏感信息也会随之泄露。

九、 DockerClient 端与 DockerDaemon 的通信安全

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 TLS 加密方式通讯。

通过在服务端上创建tls密钥证书，再下发给客户端，客户端通过私钥访问容器，这样就保证的docker通讯的安全性。

使用证书访问的工作流程：

（1）客户端发起HTTPS请求，连接到服务器的443端口。
（2）服务器必须要先申请好一套数字证书（证书内容有公钥、证书颁发机构、失效日期等）。
（3）服务器将自己的数字证书发送给客户端（公钥在证书里面，私钥由服务器持有）。
（4）客户端收到数字证书之后，会先验证证书的合法性。如果证书验证通过，就会使用伪随机数生成器(/dev/random)随机生成一个【对称密钥】，使用证书的公钥加密这个【对称密钥】。
（5）客户端将公钥加密后的【对称密钥】发送到服务器。
（6）服务器接收到客户端发来的密文密钥之后，用自己之前保留的私钥对其进行非对称解密，解密之后就得到客户端的【对称密钥】，然后用客户端的【对称密钥】对返回数据进行加密，这样传输的数据都是密文了。
（7）服务器将加密后的密文数据返回到客户端。
（8）客户端收到后，用自己的【对称密钥】对其进行对称解密，得到服务器返回的数据。

首先创建ca证书，ca证书只是一个官方认证的证书，接下来要创建server、client节点的证书。
此时创建证书有三步：
（1）设置私钥，确保安全加密
（2）使用私钥签名，确保身份真实不可抵赖
（3）使用ca证书制作证书

master 192.168.154.10 docker-ce-cli-20.10.5-3.el7.x86_64 docker-ce
client 192.168.154.11 docker-ce-cli-20.10.5-3.el7.x86_64 docker-ce
注：由于 20.10.9 版本的 docker 客户端用的 go 版本是 go1.16.8，而 go1.15 以后的版本不支持私有 CA 生成的证书，所以这里 docker 客户端仍使用 docker-ce-cli-20.10.5-3.el7.x86_64 安装的版本。

1.创建ca证书

#首先创建一个存放目录
mkdir /opt/ssl
cd /opt/ssl
yum -y install openssl openssl-devel

#创建ca证书的私钥
openssl genrsa -out ca.key 4096  #生成没有加密的私钥文件，长度为4096

#创建ca证书的自签名请求
openssl req -new -key ca.key -out ca.csr

-req 执行证书签发命令
-new 生成新的证书
-key ca.key 指定ca的私钥文件ca.key
-out 生成证书的请求文件 ca.csr ，拥有请求，签发，生成ca证书的作用

#基于自签名请求创建ca证书
openssl x509 -req -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.crt

x509 自己制定的私有证书
-in  导入指定证书的请求文件ca.csr
-signkey 指定私钥文件 ca.key
-out 输出ca的证书

通过上面三个命令你就得到了三个文件, ca.key, ca.csr, ca.crt. 其中ca.csr属于中间文件, 只在申请创建证书时有用.

签名请求文件的作用在于解耦了密钥与签名的操作, 私钥自然不能直接给CA, 所以通过私钥创建一个签名请求给CA, 这个请求中包含许多东西, 比如Subject字段, DNS Names, IP Addresses字段(默认情况下不会设置. 设置需要一个额外的配置文件)

证书的IP Address字段在ip认证的时候很有用, 比如直接通过ip进行连接, 这样就跳过了域名的解析, 那么怎么知道这个证书是否绑定了对方呢? 那就需要IP Address这个字段了。

2.创建自签名请求

#创建证书本身的私钥
openssl genrsa -out server.key 4096   #-out 指定私钥文件server.key，长度是3072

#创建证书的签名需求
openssl req -new -key server.key -out server.csr  #-out  输出服务端证书的请求文件 server.csr

3.CA签名

上一节我们创建了两个签名请求, 接下来看看两者创建的证书有何不同

#基于csr创建证书
openssl x509 -req -days 365 -in server.csr  -signkey ca.key -out server.crt


-days 证书有效期
-in   指定证书的自签名的请求文件 server1.csr
-signkey 指定ca的私钥文件 ca.key
-out  输出证书 server.crt

在nginx服务部署https

修改配置文件

vim nginx.conf
...
    server {
        #SSL 访问端口号为 443
        listen   443 ssl;
        # 填写绑定证书的域名
        server_name  域名;
        root html;
        index index.html index.htm;

        ssl_certificate     /usr/local/nginx/conf/cert/xxxxx.pem;  #指定证书的位置
        ssl_certificate_key  /usr/local/nginx/conf/cert/xxxxx.key; #指定私钥的位置

        # ssl_session_cache    shared:SSL:1m;
        ssl_session_timeout  5m;

        ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE:ECDH:AES:HIGH:!NULL:!aNULL:!MD5:!ADH:!RC4; 
        ssl_protocols TLSv1 TLSv1.1 TLSv1.2;  # 指定SSL服务器端支持的协议版本
        ssl_prefer_server_ciphers  on;

        location /welcome {
            root   html;
            index  index.html index.htm;
        }
    }
...

十、https请求访问的过程？（面试题）

0. 服务端会事先通过CA生成证书和私钥
1. 客户端发送https请求到服务端的443端口
2. 服务端发送包含公钥、证书有效期及ca机构等信息的证书给客户端
3. 客户端会先通过CA验证证书有效性
4. 若证书有效客户端会在本地生成会话密钥并通过server发来的公钥加密返回给服务端
5. 服务端会用私钥解密得到会话密钥，之后双方即可使用会话密钥加密/解密来实现密文通信