【Docker】Docker的通信安全

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。

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。

不同点	Docker容器	虚拟机
启动速度	快，几秒钟	慢，几分钟
运行性能	接近原生（直接在内核中运行）	运行于Hypervisor上，50%左右损失
磁盘占用	小，甚至几十KB（根据镜像层的情况）	非常大，上GB
并发性	一台宿主机可以启动成百上千个容器	最多几十个虚拟机
隔离性	进程级别	系统级别（更彻底）
操作系统	主要支持Linux	几乎所有
封装程度	只打包项目代码和依赖关系，共享宿主机内核	完整的操作系统，与宿主机隔离

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：

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。

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。

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（长期稳定版5.4.22）。 
（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、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。

1. 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。

2. 部署

  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	192.168.145.15	docker-ce-cli-20.10.5-3.el7.x86_64 docker-ce
client	192.168.145.30	docker-ce-cli-20.10.5-3.el7.x86_64 docker-ce

#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。

2.1 首先创建一个存放目录

mkdir /opt/tls
cd /opt/tls/

2.2 生成ca证书

#安装openssl
yum install -y openssl

#创建ca私钥
openssl genrsa -aes256 -out ca-key 4096
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
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，这样每次使用私钥文件都将输入密码，可省略
-out：输出文件的路径，若未指定输出文件，则为标准输出
4096：指定私钥长度，默认为1024。该项必须为命令行的最后一项参数
----------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

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

# 创建 server 公钥
openssl genrsa -out server.key 4096
# 创建 server 端 证书的自签名请求
openssl req -new -key server.key -out server.csr	

# 基于自签名请求创建 server 的证书
openssl x509 -req -days 3650 -in server.csr -signkey ca.key -out server.pem

总结

1. docker 容器安全注意点

#尽量别做的事：
  尽量不用 --privileged 运行容器（授权容器root用户拥有宿主机的root权限）
  尽量不用 --network host 运行容器（使用 host 网络模式共享宿主机的网络命名空间）
  尽量不在容器中运行 ssh 服务

#尽量要做的事：
  尽量使用最小化的镜像
  尽量以单一进程运行容器
  尽量使用最新版本的应用做镜像主进程
  尽量使用最新版本的docker
  尽量以最低权限运行容器
  尽量下载使用官方的镜像或者自己构建镜像从私有仓库下载镜像
  尽量使用只读的方式挂载数据卷（-v 宿主机目录:容器目录:ro）
  尽量设置容器重启次数（--restart on-failure:N）
  尽量以资源限制的方式运行容器(-m --cpu-quota --device-write-bps)

2. https 的访问过程

0）服务端会事先通过 CA 签发证书和私钥
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 验证证书的有效性
4）若证书有效，客户端会在本地随机生成会话密码并通过服务端发来的公钥加密后返回给服务端
5)服务器用私钥解密获取会话密钥，之后双方即可使用会话密钥加密/解密来实现密文通信

3. 如何获取 ssl 证书

1）在 阿里云、腾讯云、华为云 等云服务商 申请一年期的免费证书
2）在服务器本地使用 openssl、mkcert、Let's Encrpt等工具生成 SSL证书

4. openssl 插件证书

1)创建CA 私钥和证书
openssl genrsa -out ca.key 4096 								#生成 ca 私钥
openssl req -new -key ca.key -out ca.csr						#生成 ca 证书自签名请求文件
openssl x509 -reg -in ca.csr -signkey ca.key -out ca.pem		#生成 ca 证书
2)创建服务端自签名请求文件
openssl genrsa -out server.key 4096
openssl req -new -key server.key -out server.csr
3)使用CA签发证书文件
openssl x509 -req -days 证书有效期天数 -in server.csr -signkey ca.key-out server.pem