• Kubernetes---安全 认证


    ⒈机制说明

    ⒉Authentication(认证)

      1.分类

        1.HTTP Token认证:通过一个Token(字符串) 来识别合法用户

        HTTP Token 的认证是用一个很长的特殊编码方式的并且难以被模仿的字符串-Token 来表达客户的一种方式。Token 是一个很长的很复杂的宇符串,每个Token 对应一个用户名存储在 AP| Server能访问的文件中。当客户端发起API调用请求时,需要在 HTTP Header里放入 Token。
     
        2.HTTP Base认证:通过用户名+密码的方式认证
     
        用户名+:+密码 用 BASE64 算法进行编码后的宇符串放在 HTTP Request 中的 HeatherAuthorization域里发送给服务端,服务端收到后进行编码,获取用户名及密码
      
        3.最严格的 HTTPS 证书认证:基于CA根证书签名的客户端身份认证方式
      
        首先签署一个CA根证书,所有节点的证书都是以这个根证书所签发出来的子证书,并且是HTTPS的双向认证。
      2.K8S中需要认证的节点
     
        
        
        两种类型:
          1.Kubenetes 组件对API Server的访问: kubectl、 Controller Manager、Scheduler、 kubelet、kube-proxy
          2.Kubernetes 管理的Pod对容器的访问:Pod (dashborad 也是以Pod 形式运行)
        
        安全性说明:
          1.Controller Manager、 Scheduler 与 API Server 在同一台机器,所以直接使用API Server 的非安全端口访问,--insecure-bind-address=127.0.0.1,防止不必要的性能消耗
          2.kubectl、 kubelet、 kube-proxy访问API Server 就都需要证书进行HTTPS 双向认证
        
        证书颁发:
          1.手动签发:通过k8s 集群的跟ca 进行签发HTTPS 证书
          2.自动签发:kubelet 首次访问API Server时,使用token 做认证,通过后,Contrller Manager 会为kubelet 生成一个证书,以后的访问都是用证书做认证了
     
      3.kubeconfig
      kubeconfig文件包含集群参数 (CA证书、API Server地),客户端参数(上面生成的证书和私钥),集群context信息(集群名称、用户名) Kubenetes 组件通过启动时指定不同的kubeconfig 文件可以切换到不同的集群
      
      4.ServiceAccount
      Pod中的容器访问APServer。因为Pod的创建、销毁是动态的,所以要为它手动生成证书就不可行了。
      Kubenetes使用了Service Account解决Pod访问API Server的认证问题 
     
      5.Secret 与SA的关系
      Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret,分为两类,一种是用于 ServiceAccount 的service-account token,另一种是用于保存用户自定义保密信息的Opaque.ServiceAccount 中用到包含三个部分: Token、 ca.crt, namespace
        token是使用API Server私钥签名的 JWT。用于访问API Server时,Server端认证
        ca.crt,根证书。用于Client端验证API Server发送的证书
        namespace,标识这个service-account-token的作用域名空间
    kubectl get secret --all-namespaces
    kubectl describe secret default-token-5gm9r --namespace=kube-system
      默认情况下,每个namespace都会有一个ServiceAccount,如果 Pod 在创建时没有指定ServiceAccount, 就会使用Pod 所属的namespace 的 ServiceAccount
      默认挂载目录: /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/
      
      6.总结
     
    ⒊Authorization(鉴权)
      1.介绍
        上面认证过程,只是确认通信的双方都确认了对方是可信的,可以相互通信。而鉴权是确定请求方有哪些资源的权限。API Server 目前支持以下几种授权策略(通过APIServer 的启动参数“--authorization-mode”设置)
        1.AlwaysDeny:表示拒绝所有的请求,一般用于测试
        2.AlwaysAllow:允许接收所有请求,如果集群不需要授权流程,则可以采用该策略
        3.ABAC (Attribute-Based Access Control):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
        4.Webbook:通过调用外部REST服务对用户进行授权
        5.RBAC (Role-Based Access Control):基于角色的访问控制,现行默认规则
      
      2.RBAC授权模式
        RBAC(Role-Based Access Control)基于角色的访问控制,在Kubernetes 1.5中引入,现行版本成为默认标准。相对其它访问控制方式,拥有以下优势:
        1.对集群中的资源和非资源均拥有完整的覆盖
        2.整个RBAC完全由几个API对象完成,同其它API对象一样,可以用kubect 或API进行操作
        3.可以在运行时进行调整,无需重启 API Server
        
        ①RBAC 的 API资源对象说明
        RBAC引入了4个新的顶级资源对象:Role、ClusterRole、RoleBinding、ClusterRoleBinding,4种对象类型均可以通过 kubectl 与API操作
     
     
        需要注意的是Kubenetes 并不会提供用户管理,那么User、 Group、ServiceAccount指定的用户又是从哪里来的呢? Kubenetes 组件(kubectl、 kube-proxy)或是其他自定义的用户在向CA申请证书时,需要提供一个证书请求文件
    {
        "CN": "admin",
        "hosts": [],
        "key":{
            "algo": "rsa",
            "size": 2048
        },
        "names":[
            {
                "C": "CN",
                "ST":"TianJin",
                "L": "TJ",
                "O": "system:masters",
                "OU": "System"
            }
        ]
    }

        API Server会把客户端证书的CN 字段作为User,把 names.0 字段作为Group

        kubelet 使用TLS Bootstaping 认证时,API Server 可以使用Bootstrap Tokens 或者 Token authenticationfile验证 =token,无论哪一种,Kubenetes 都会为token 绑定一个默认的 User 和 Group

        Pod使用ServiceAccount 认证时,service-account-token 中的JWT会保存User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

      3.Role and ClusterRole

        在 RBAC API中,Role表示一组规则权限,权限只会增加(累加权限),不存在一个资源一开始就有很多权限而通过RBAC对其进行减少的操作:Role可以定义在一个namespace 中,如果想要跨namespace则可以创建ClusterRole

    kind: Role 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    metadata:
      namespace: default 
      name: pod-reader 
    rules:
    - apiGroups: [""] # "" indicates the core API group 
      resources: ["pods"] 
      verbs: ["get", "watch", "list"]

        ClusterRole具有与Role相同的权限角色控制能力,不同的是 ClusterRole是集群级别的,CusterRole可以用于:
          1.集群级别的资源控制(例如 node访问权限)

          2.非资源型endpoints( 例如 /healthz 访问)

          3.所有命名空间资源控制(例如 pods )

    kind: ClusterRole 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    metadata:
      #"namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced 
      name: secret-reader 
    rules:
    - apiGroups: [""] 
      resources: ["secrets"] 
      verbs: ["get","watch","list"]

      4.RoleBinding and ClusterRoleBinding

      RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组,RoleBinding包含一组权限列表(subjects),权限列表中包含有不同形式的待授予权限资源类型(users,groups,or service accounts); Ro|oBinding同样包含对被Bind 的 Role 引用;RoleBinding适用于某个命名空间内授权,而 ClusterRoleBinding适用于集群范围内的授权

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

    kind: RoleBinding 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    metadata:
      name: read-pods 
      namespace: default 
    subjects:
    - kind: User 
      name: jane 
      apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
    roleRef:
      kind: Role 
      name: pod-reader 
      apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

        RoleBinding同样可以引用ClusterRole来对当前namespace 内用户、用户组或ServiceAccount 进行授权,这种操作允许集群管理员在整个集群内定义一些通用的ClusterRole,然后在不同的namespace中使用RoleBinding来引用

        例如,以下 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 dave只2能访问development空间中的secrets(因为RoleBinding定义在 development命名空间)

    # This role binding allows"dave"to read secrets in the "development"namespace.
    kind: RoleBinding 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    metadata:
      name: read-secrets 
      namespace: development # This only grants permissions within the "devel]opment" namespace.
    subjects:
    - kind: User 
      name: dave 
      apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
    roleRef:
      kind: ClusterRole 
      name: secret-reader 
      apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

        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;:以下 ClusterRoleBinding样例 展示了授权manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问

    # This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in any namespace.
    kind: ClusterRoleBinding 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    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

      5.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AP的URL地址中出现;同时某些资源也会包含子资源,例如logs资源就属于 pods的子资源,AP中URL样例如下

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

        如果要在 RBAC授权模型中控制这些子资源的访问权限,可以通过分隔符来实现,以下是一个定义 pods资资源logs 访问权限的 Role定义样例

    kind: Role 
    apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
    metadata:
      namespace: default 
      name: pod-and-pod-logs-reader 
    rules:
    - apiGroups: [""] 
    resources: ["pods/log"] 
    verbs: ["get", "list"]

      6.to Subjects

        RoleBinding 和 ClusterRoleBinding可以将Role绑定到 Subjects; Subjects 可以是 groups、users 或者service accounts

        Subjects 中 Users使用字符串表示,它可以是一个普通的名字字符串,如“alice”;也可以是emai格式的邮箱地址,如“wangyanglinux@163.com”;甚至是一组字符串形式的数字ID。但是 Users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

        Groups书写格式与 Users相同,都为一个字符串,并且没有特定的格式要求;同样system:前缀为系统保留

      7. 实践:创建一个用户只能管理dev空间 

    {
        "CN": "devuser",
        "hosts": [],
        "key":{
            "algo":"rsa",
            "size":2048
        },
        "": [
            {
                "C":"CN",
                "ST":"Tianjin",
                "L":"Tianjin",
                "O":"k8s",
                "OU":"System",
            }
        ]
    }
    # 下载证书生成工具 
    wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfss1_linux-amd64 
    mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl 
    
    wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64 
    mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
    
    wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64 
    mv cfssl-certinfo_linux-amd64 usr/local/bin/cfssl-certinfo 
    
    cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /root/devuser-csr.json | cfssljson -bare devuser 
    
    #设置集群参数 
    
    export KUBE_APISERVER="https://172.20.0.113:6443"
    kubectl config set-cluster kubernetes --certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.crt --embed-certs=true --server=${KUBE_APISERVER} --kubeconfig=devuser.kubeconfig 
    
    #设置客户端认证参数 
    kubectl config set-credentials devuser --client-certificate=/etc/kubernetes/ssl/devuser.pem --client-key=/etc/kubernetes/ssl/devuser-key.pem --embed-certs=true --kubeconfig=devuser.kubeconfig 
    
    #创建命名空间
    kubectl create namespace dev
    #设置上下文参数 kubectl config set
    -context kubernetes --cluster=kubernetes --user=devuser --namespace=dev --kubeconfig=devuser.kubeconfig #设置默认上下文 kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=devuser.kubeconfig cp -f ./devuser.kubeconfig /root/.kube/config kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=devuser --namespace=dev

       8.准入控制

        准入控制是AP| Server的插件集合,通过添加不同的插件,实现额外的准入控制规则。甚至于APl|Server的一些主要的功能都需要通过Admission Controllers 实现,比如 ServiceAccount官方文档上有一份针对不同版本的准入控制器推荐列表,其中最新的1.14的推荐列表是:

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

        列举几个插件的功能:
          1.NamespaceLifecycle:防止在不存在的namespace上创建对象,防止删除系统预置namespace,删除namespace时,连带删除它的所有资源对象。
          2.LimitRanger:确保请求的资源不会超过资源所在Namespace 的 LimitRange的限制。
          3.ServiceAccount:实现了自动化添加 ServiceAccount.
          4.ResourceQuota:确保请求的资源不会超过资源的ResourceQuota限制。

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