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k8s之安全机制的使用及说明

作者：刘艳芬_

Kubernetes的安全机制主要围绕保护APIServer来设计,包括认证、鉴权和准入控制三部分,认证通过Token、Basic和HTTPS证书进行,鉴权使用AlwaysDeny、AlwaysAllow、ABAC、WebHook和RBAC,准入控制通过插件进行

机制说明

一、认证（Authentication）

HTTP Token 认证：通过一个 Token 来识别合法用户，通常是单向认证

HTTP Base 认证：通过用户名+密码的方式认证，通常是单向认证

HTTPS 证书认证（最严格）：基于 CA 根证书签名的客户端身份认证方式。可以实现双向认证

注意：Token 认证和 Base 认证方式只能进行服务端对客户端的单向认证，而客户端不知道服务端是否合法；而 HTTPS 证书认证方式 则可以实现双向认证。

1、需要被认证的访问类型

2、安全性说明

3、证书颁发

4、kubeconfig

5、Service Account

6、Secret 与 SA 的关系

6.1 Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret，分为两类

6.2 Service Account 中包含三个部分

默认情况下，每个 namespace 都会有一个 Service Account，如果 Pod 在创建时没有指定 Service Account，就会使用 Pod 所属的 namespace 的 Service Account。每个 Pod 在创建后都会自动设置 spec.serviceAccount 为 default（除非指定了其他 Service Accout）。

二、鉴权（Authorization）

1、鉴权访问的类型

2、关于RBAC（Role-Based Access Control）

2.1 RBAC 相对其它访问控制方式，拥有以下优势

2.2 RBAC 的 API 资源对象说明

https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/rbac/
#官方文档

3、角色

3.1 角色绑定

3.2 主体（subject）

User 使用字符串表示，它的前缀 system: 是系统保留的，集群管理员应该确保普通用户不会使用这个前缀格式；Group 书写格式与 User 相同，同样 system: 前缀也为系统保留。

Pod使用 ServiceAccount 认证时，service-account-token 中的 JWT 会保存用户信息。 有了用户信息，再创建一对角色/角色绑定（集群角色/集群角色绑定）资源对象，就可以完成权限绑定了。

4、Role and ClusterRole

4.1 Role 示例

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
#指定 core API 组和版本
kind: Role
#指定类型为 Role
metadata:
  namespace: default
  #使用默认命令空间
  name: pod-reader
  #Role 的名称
rules:
#定义规则
- apiGroups: [""]
#""表示 apiGroups 和 apiVersion 使用相同的 core API 组，即 rbac.authorization.k8s.io
  resources: ["pods"]
  #资源对象为 Pod 类型
  verbs: ["get", "watch", "list"]
  #被授予的操作权限

#以上配置的意义是，如果把 pod-reader 这个 Role 赋予给一个用户，那么这个用户将在 default 命令空间中具有对 Pod 资源对象 进行 get（获取）、watch（监听）、list（列出）这三个操作权限。

4.2 ClusterRole 示例

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
#这里使用的是 rbac.authorization.k8s.io/v1，这是 RBAC API 的稳定版本。
kind: ClusterRole
#ClusterRole资源类型
metadata:
  # "namespace" 被忽略，因为 ClusterRoles 不受名字空间限制
  name: secret-reader
rules:
#定义了角色的权限规则。
- apiGroups: [""]
#指定了 API 组，"" 表示核心 API 组
  resources: ["secrets"]
  #资源对象为 Secret 类型
  verbs: ["get", "watch", "list"]
  #指定允许的操作

5、RoleBinding and ClusterRoleBinding

5.1 RoleBinding 示例1

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
#这里使用的是 rbac.authorization.k8s.io/v1，这是 RBAC API 的稳定版本。
kind: RoleBinding
#ClusterRole资源类型
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: zhangsan
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  #组类信息
  roleRef:
  kind: Role
  #类型
  name: pod-reader
  #名称
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#将 default 命名空间的 pod-reader Role 授予 zhangsan 用户，此后 zhangsan 用户在 default 命名空间中将具有 pod-reader 的权限。

5.2 RoleBinding 示例2

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: kube-public
subjects:
- kind: User
  name: lisi
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#以上 RoleBinding 引用了一个 ClusterRole，这个 ClusterRole 具有整个集群内对 secrets 的访问权限；但是其授权用户 lisi 只能访问 kube-public 空间中的 secrets（因为 RoleBinding 定义在 kube-public 命名空间）。

#使用 ClusterRoleBinding 可以对整个集群中的所有命名空间资源权限进行授权

5.2 ClusterRoleBinding 示例

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: read-secrets-global
subjects:
- kind: Group
  name: manager
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#以上 ClusterRoleBinding 授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问。

6、Resources

Kubernetes 集群内一些资源一般以其名称字符串来表示，这些字符串一般会在 API 的 URL 地址中出现； 同时某些资源也会包含子资源，例如 log 资源就属于 pods 的子资源，API 中对 Pod 日志的请求 URL 样例如下：

GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/log

#在这里，pods 对应名字空间作用域的 Pod 资源，而 log 是 pods 的子资源。
#如果要在 RBAC 授权模型中控制这些子资源的访问权限，可以通过 / 分隔符来分隔资源和子资源实现。

#以下是一个定义允许某主体读取 pods 同时访问这些 Pod 的 log 子资源的 Role 定义样例：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod-and-pod-logs-reader
rules:

- apiGroups: [""]
  resources: ["pods", "pods/log"]
  verbs: ["get", "list"]

#rules.verbs有："get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
#rules.resources有："services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
#rules.apiGroups有："","apps", "autoscaling", "batch"

三、准入控制（Admission Control）

1、官方准入控制器推荐列表（不同版本各有不同）

NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,NodeRestriction

2、列举几个插件的功能

https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/
#官方文档参考

四、创建一个用户只能管理指定的命令空间

1、创建一个用户

useradd liu
#新建用户

passwd liu
#修改密码

2、使用新建用户验证登录

su - liu
#切换用户

kubectl get pod
#查看资源信息
#使用这个用户进行资源操作，会发现连接 API Server 时被拒绝访问请求

3、准备需要的证书

mkdir /opt/liu
#新建目录

cd /opt/liu/
#切换目录

#上传需要的cfssl证书工具

chmod +x *
#添加执行权限

mv ./* /usr/local/bin/
#移动需要的证书到/usr/local/bin/目录
#先上传证书生成工具 cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo 到 /usr/local/bin 目录中

---------------------------------------------------------------------------------------------------------
#编辑创建用于用户连接到 API Server 所需的证书
vim user-cert.sh
cat > liu-csr.json <<EOF
{
  "CN": "liu",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
	  "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
	  "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF
#API Server 会把客户端证书的 CN 字段作为 User，把 names.O 字段作为 Group

cd /etc/kubernetes/pki/
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/liu/liu-csr.json | cfssljson -bare liu
#使用 cfssl 工具生成 TLS 证书和私钥
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

chmod +x user-cert.sh
#添加执行权限

./user-cert.sh
#执行
#/etc/kubernetes/pki/ 目录中会生成 liu-key.pem、liu.pem、liu.csr

4、编辑创建用于用户连接到 API Server 所需的 kubeconfig 文件

cd /opt/liu
#切换目录

-------------------------------------------------------------------------------------------------------
#编辑需要的kubeconfig文件
vim rbac-kubeconfig.sh
APISERVER=$1
# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=liu.kubeconfig
# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials liu \
  --client-key=/etc/kubernetes/pki/liu-key.pem \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/liu.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=liu.kubeconfig
# 设置上下文参数
kubectl config set-context kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=liu \
  --namespace=xxxx \
  --kubeconfig=liu.kubeconfig
# 使用上下文参数生成 liu.kubeconfig 文件
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=liu.kubeconfig
-------------------------------------------------------------------------------------------------------

kubectl create namespace xxxx
#创建命名空间

chmod +x rbac-kubeconfig.sh
#添加权限

./rbac-kubeconfig.sh 192.168.10.11
#执行

5、准备config配置文件

cat liu-kubeconfig
#查看证书

mkdir /home/liu/.kube
#新建目录

cp liu.kubeconfig /home/liu/.kube/config
#复制配置文件到指定目录

chown -R liu:liu /home/liu/.kube/
#修改属主属组

6、RBAC授权

#编辑yaml配置文件，RBAC授权
vim rbac.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: xxxx
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get","watch","list","create","delete"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: xxxx
subjects:
- kind: User
  name: liu
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kubectl apply -f rbac.yaml
#创建资源

kubectl get role,rolebinding -n xxxx
#查看资源信息

7、验证测试

su - liuyanfen
#切换用户，测试操作权限

#编辑创建pod资源清单
vim pod-test.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-test
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx

kubectl create -f pod-test.yaml
#创建资源

kubectl get pod -o wide
#创建pod资源详细信息

kubectl get svc
#查看svc资源信息，访问 svc 资源就会被拒绝

kubectl get pods -n default
#也无法访问 default 命名空间

kubectl get pods --all-namespaces -owide
#使用 root 用户查看
#由此可以看出 RoleBinding 的用户只能管理指定的命令空间中的资源

kubectl create rolebinding liu-admin-binding --clusterrole=admin --user=liu --namespace=xxxx
#也可以通过绑定 admin 角色，来获得管理员权限

总结

K8S安全机制

认证

K8S认证（Kubectl、Kubelet、Controller-Manager、Scheduler等）与APIServer通信，是使用https证书认证，默认使用6443端口通信，使用Kubeconfig配置文件就知道使用了什么证书连接到哪个K8S集群的APIServer

Pod形式运行的组件（Dashboard、CoreDNS、外置存储存储插件（PROVISIONER））与APIServer通信，使用的是ServiceAccount作为Pod的服务账号来去访问APIServer，每个Pod都会有一个ServiceAccount服务账号，可以创建Pod资源的时候去指定ServiceAccount字段

鉴权

RBAC四个资源对象

角色Role、ClusterRole都可以是实现定义角色的赋予某些资源（Rules、Resource）的操作权限（Rules、Verbs）

角色绑定 RoleBinding、ClusterRoleBinding 把账户主题绑定Subject（User、Group、ServiceAccount）和角色进行绑定，使主体和账户具有相关资源的操作权限

创建RBAC鉴权

准入控制

举例：

如果你想让一个Pod、Service、ConfigMap、Secret等普通用户，具有接入K8s集群相关资源的操作权限

创建Service Account或者用户

做认证 Token 证书认证

做RBAC鉴权 RoleClusterRole 创建角色赋予给资源的操作权限，RoleBinding|ClusterRoleBinding 把用户（主体）和角色进行绑定，此后Pod或者用户就具有相关的命名空间中对相关资源有了操作权限

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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