Kubernetes 安全认证

访问控制概述

Kubernetes作为一个分布式集群的管理工具,保证集群的安全性是其一个重要的任务。所谓的安全性就是保证对Kubernetes的各种客户端进行认证和鉴权操作。

客户端

在Kubernetes集群中,客户端通常有两类:

  • User Account:一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号。
  • Service Account:kubernetes管理的账号,用于为Pod中的服务进程在访问Kubernetes时提供身份标识。

Kubernetes 安全认证_第1张图片

认证、授权与准入控制

 ApiServer是访问及管理资源对象的唯一入口,任何一个请求访问ApiServer,都要经过下面三个流程:

  • Authentication(认证):身份鉴别,只有正确的账号才能通过认证。
  • Authorization(授权):判断用户是否有权限对访问的资源执行特定的动作。
  • Admission Control(准入控制):用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能。

Kubernetes 安全认证_第2张图片

认证管理

Kubernetes集群安全的最关键点在于如何识别客户端身份,他提供了三种客户端身份认证方式:

  • HTTP Base认证:通过用户名+密码的方式认证。“用户名:密码”用Base64算法进行编码,将编码后的字符串放在HTTP请求中的Header Authorization域发送给服务端。
  • HTTP Token认证:通过一个Token来识别合法用户。在HTTP Header中放入Token。
  • HTTPS证书认证:基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式。安全性能最高。

Kubernetes 安全认证_第3张图片

授权管理

授权发生在认证成功之后,通过认证就可以知道请求的用户是谁,然后Kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权访问,这个过程叫做授权。

  • ApiServer目前支持以下几种授权策略:
  • AlwaysDeny:拒绝所有请求,一般用于测试
  • AlwaysAllow:允许接收所有请求,相当于不需要授权流程(默认策略)
  • ABAC:基于属性的访问控制,表示使用用户配置的授权规则对用户请求进行匹配和控制。
  • Webhook:通过调用外部的REST服务对用户进行授权
  • Node:是一种专用模式,用于对kubelet发出的请求进行访问控制。
  • RBAC:基于角色的访问控制(kubeadm安装方式下的默认选项)

RBAC基于角色的访问控制,主要是在描述一件事情:给哪些对象授予哪些权限,其中涉及了下面几个概念:

  • 对象:User、Groups、ServiceAccount
  • 角色:代表着一组定义在资源上的可操作动作
  • 绑定:将定义好的角色跟用户绑定在一起

Kubernetes 安全认证_第4张图片

RBAC引入了四个顶级资源对象:

  • Role、ClusterRole:角色,用于指定一组权限。
  • RoleBinding、ClusterRoleBinding:角色绑定,用于将角色(权限)赋予对象。

Role、ClusterRole

一个角色就是一组权限的集合,这里的权限都是许可形式的(白名单)。

定义Role

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: Role
metadata:
  name: authorization-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""] #支持api组列表,空字符串表示核心api群
    resources: ["pods"] #支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"] #允许对资源对象的操作方式列表

定义ClusterRole,跨namespace范围资源、非资源类型进行授权,不需要指定namespace

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: authorization-clusterrole
rules:
  - apiGroups: [""] #支持api组列表,空字符串表示核心api群
    resources: ["pods"] #支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"] #允许对资源对象的操作方式列表

rules中的参数:

apiGroups:支持api组列表

“”,“apps”,“autoscaling”,“batch”

resources:支持资源对象列表

services,endpoints,pods,secrets,configmaps,crontabs,deployments,jobs,nodes,rolebindings,clusterroles,daemonsets,replicasets,statefulsets,horizontalpodautoscalers,replicationcontrollers,cronjobs

verbs:对资源对象的操作方法列表

 get,list,watch,create,update,patch,delete,exec

RoleBinding、ClusterRoleBinding

角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标对象上,绑定目标可以是User、Group或者ServiceAccount。

定义RoleBinding,可以将同一namespace中的subject绑定到某个Role下,则此subject具有该Role定义的权限。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: ifun
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: authorization-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

定义ClusterRoleBinding,在整个集群级别和所有namespace将特定的subject与ClusterRole绑定,授予权限。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: ifun
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

RoleBinding引用ClusterRole进行授权

RoleBinding可以引用ClusterRole,对属于同一命名空间内的ClusterRole定义的资源主体进行授权。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding-ns
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: ifun
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

一种常用的做法就是,集群管理员为集群范围定义好一组角色(ClusterRole),然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。可以大幅提交授权管理工作效率,也使得各个命名空间下的基础性授权规则与使用体验保持一致。

授权案例

1.创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号

1.创建证书

cd /etc/kubernetes/pki

(umask 007;openssl genrsa -out devman.key 2048)

2.用apiserver的证书去签署

签名申请,申请的用户是devman,组是devgroup

openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/0=devgroup"

签署证书

openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650

3.设置集群、用户、上下文信息

kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.225.100:6443

kubectl config set-credentials devman  --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key

kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman

4.切换用户到devman

kubectl config user-context devman@kubernetes

5.查看dev下的pod,发现没有权限

kubectl get pods -n dev

6.切换到admin账号

kubectl config user-context kubernetes-admin@kubernetes

2.创建dev-role.yaml, Role和RoleBinding,为devman用户授权

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: Role
metadata:
  name: dev-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""] 
    resources: ["pods"] 
    verbs: ["get","watch","list"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: devman
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: dev-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kubectl create -f dev-role.yaml

切换回devman

kubectl config user-context devman@kubernetes

查看pods信息,发现有权限查看,因为只赋予了pods权限,不可以查看其他的信息。

kubectl get pods -n dev

准入控制

通过认证和授权之后,还需要经过准入控制处理通过之后,apiserver才会处理这个请求。

准入控制是一个可配置的控制器列表,可以通过在Api-Server上通过命令行设置选择哪些准入控制器。

--admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,
DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds

只有当所有的准入控制器都检查通过之后,apiserver才执行该请求,否则返回拒绝。

当前可配置的Admission Control准入控制如下:

  • AlwaysAdmit:允许所有请求。
  • AlwaysDeny:禁止所有请求,一般用于测试。
  • AlwaysPullingImages:在启动容器之前总去下载镜像。
  • DenyExecOnPrivileged:它会拦截所有想在Privileged Controller上执行命令的请求。
  • ImagePolicyWebhook:这个插件将允许后端的一个Webhook程序来完成admission controller的功能。
  • Service Account:实现ServiceAccount实现了自动化。
  • SecurityContextDeny:这个插件将使用SecurityContext的Pod中的定义全部失效。
  • ResourceQuota:用于资源配额管理目的,观察所有请求,确保在namespace上的配额不会超标。
  • LimitRanger:用于资源限制管理,作用于namespace上,确保对Pod进行资源限制。
  • InitialResources:为未设置资源请求与限制的Pod,根据其镜像的历史资源的使用情况进行设置。
  • NamespaceLifecycle:如果尝试在一个不存在的namespace中创建资源对象,则该创建请求将被拒绝,当删除一个namespace时,系统将删除该namespace中所有对象。
  • DefaultStorageClass:为了实现共享存储的动态供应,为未指定StorageClass或PV的PVC尝试匹配默认的StorageClass,尽可能减少用户在申请PVC时所需了解的后端存储细节。
  • DefaultTolerationSeconds:这个插件为那些没有设置forgiveness tolerations并具有notready:NoExecute和unreachable:NoExecute两种taints的Pod设置默认的容忍时间,为5min。
  • PodSecurityPolicy:这个插件用于在创建或修改Pod时决定是否根据Pod的security context和可用的PodSecurityPolicy对Pod的安全策略进行控制。

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