k8s从入门到放弃-第九章安全认证

本章节主要介绍Kubernetes的安全认证机制。

9.1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。 所谓的安全性其实就是
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。

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够通过认证
●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。

9.2认证管理

Kubernetes集群安全的最关键点在于如何识别并认证客户端身份，它提供了3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
这种认证方式是把“用户名:密码"用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP请求中的Header Authorization域
里发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名及密码，然后进行用户身份认证的过程。
●HTTP Token认证:通过一个Token来识别合法用户
这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串–Token来表明客户身份的一种方式。每个Token对应一个用户
名，当客户端发起API调用请求时，需要在HTTP Header里放入Token, API Server 接到Token后会跟服务器中保存的token进行比对，然后进行用户身份认证的过程。
●HTTPS证书认证:基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式
这种认证方式是安全性最高的一种方式，但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式。

HTTPS认证大体分为3个过程:
1.证书申请和下发

HTTPS通信双方的服务器向CA机构申请证书，CA机构下发根证书、服务端证书及私钥给申请者

2.客户端和服务端的双向认证

1>客户端向服务器端发起请求，服务端下发自己的证书给客户端，
客户端接收到证书后,通过私钥解密证书，在证书中获得服务端的公钥，
客户端利用服务器端的公钥认证证书中的信息，如果一致，则认可这个服务器
2>客户端发送自己的证书给服务器端，服务端接收到证书后，通过私钥解密证书，
在证书中获得客户端的公钥，并用该公钥认证证书信息，确认客户端是否合法

3.服务器端和客户端进行通信

服务器端和客户端协商好加密方案后，客户端会产生-一个随机的秘钥并加密，然后发送到服务器端
服务器端接收这个秘钥后，双方接下来通信的所有内容都通过该随机秘钥加密。

注意: Kubernetes允许同时配置多种认证方式，只要其中任意一个方式认证通过即可

9.3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限访问，这个过程就称为授权。
每个发送到ApiServer的请求都带上了用户和资源的信息:比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等,
授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误。
API Server目前支持以下几种授权策略:
●AlwaysDeny: 表示拒绝所有请求，一般用于测试
●AlwaysAllow: 允许接收所有请求，相当于集群不需要授权流程(Kubernetes默认的策略)
●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(Role-Based Access Control) 基于角色的访问控制，主要是在描述一件事情: 给哪些对象授予了哪些权限
其中涉及到了下面几个概念:
●对象: User、Groups、 ServiceAccount
●角色:代表着一组定义在资源上的可操作动作（权限）的集合
●绑定:将定义好的角色跟用户绑定在一起

RBAC引入了4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)赋予给对象
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)。

# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定nameapce
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: dev
  name: authorization-role 
rules:
- apiGroups: [""] #支持的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"] #允许的对资源对象的操作方法列表

# ClusterRole可以对集群范围内资源、跨namespaces的范围资源、非资源类型进行授权
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-clusterrole
rules:
- apiGroups: [""] 
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

需要详细说明的是，rules中的参数:
●apiGroups: 支持的API组列表

"","apps","autoscaling", "batch"

●resources: 支持的资源对象列表

"services","endpoints","pods","secrets","configmaps","crontabs" ,"deployments","jobs",
" nodes" , "rolebindings","clusterroles", " daemonsets" ,"replicasets" ,"statefulsets"，
"hor izontalpodautoscalers" ,"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
色绑定用来把一个角色绑定到-个目标对象上,绑定目标可以是User、Group或者ServiceAccount。

# RoleBinding可以将同一namespace中的subject绑定到某个Role下，则此subject即具有该Role定义的权限
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: heIha
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: authorization-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

# ClusterRoleBinding在整 个集群级别和所有namespaces将特定的subject与ClusterRole绑定，授予权限
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
- kind: User
  name: heima
  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ClusterRole定义的资源主体进行授权。
一种很常用的做法就是，集群管理员为集群范围预定义好一组角色(ClusterRole)，然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。这样可以大幅提高授权管理工作效率，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。

#虽然authorization-clusterrole是-个集群角色， 但是因为使用了RoleBinding
#所以heima只能读取dev命名空间中的资源
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-role-binding-ns
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: heima
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef :
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

实战:创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号
1)创建账号

# 1)创建证书
[root@master ~]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@master pki]# (umask 077 ;openssl genrsa -out devman.key 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
........+++
...........................................................................................................+++
e is 65537 (0x10001)

# 2)用apiserver的证书去签署
# 2-1)签名申请，申请的用户是devman,组是devgroup(创建用户和组)
[root@master pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/0=devgroup"
# 2-2)签署证书
[ root@master pki]# 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
[ root@master pki]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://10.0.0.101:6443
[ root@master pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-
certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
[ root@master pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --
user=devman

#切换账户到devman
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context " devman@kubernetes”.
#查看dev下pod,发现没有权限
[root@master pki]# kubectl get pods -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User " devman" cannot list resource "pods" in
API group””in the namespace “ dev"
#切换到admin账户
[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes- admin@kubernetes".

2)创建Role和RoleBinding, 为devman用户授权

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: dev
  name: dev-role
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get","watch","list" ]

---

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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

[root@master pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-rolecreated
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-bindingcreated

3)切换账户，再次验证

#切换账户到devman
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context " devman@kubernetes" .

#再次查看
[ root@master pki]# kubectl get pods -n dev
NAME                                    READY    STATUS  RESTARTS    AGE
nginx-deployment- 66cb59b984- 8wp2k      1/1      Running    0       4d1h
nginx-deployment- 66cb59b984-dc46j       1/1      Running    0       4d1h
nginx- deployment- 66cb59b984- thfck     1/1      Running    0       4d1h


#为了不影响后面的学习,切回admin账户
[ root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes"

9.4准入控制

通过了前面的认证和授权之后，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执行哪些准入控制器:
– admission-control=NamespaceLifecycle, Limi tRanger , 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
●Alwaysullmages: 在启动容器之前总去下载镜像
●DenyExecOnPrivileged: 它会拦截所有想在Privileged Container.上执行命令的请求
●IlmagePolicyWebhook: 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，系统将会删除该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