深入理解kubelet认证和授权

在通过kubectl访问pod信息，例如执行kubectl logs，常常会遇到类似如下错误：

Error from server (Forbidden): Forbidden (user=system:anonymous, verb=get, resource=nodes, subresource=proxy) ( pods/log tiller-deploy-6b5ffb6f-lg9jb)

网上搜索可以通过启用anonymous访问，也就是使用--anonymous-auth=true或者配置文件添加：

authentication:
    anonymous:
        enabled: true

但是设置之后错误依旧，为此我探究了一下kubelet的认证机制，终于将问题解决，其实很简单，答案后面揭晓。

我们知道kubectl只会和apiserver交互，对于kubectl logs、kubectl exec等需要访问pod的这些命令，实际上是apiserver调用kubelet接口完成的，上述错误正是出在这个过程，而不是kubectl到apiserver的过程。

kubelet通过port指定的端口（默认10250）对外暴露服务，这个服务是需要TLS认证的，同时也可以通过 readOnlyPort 端口（默认10255，0表示关闭）对外暴露只读服务，这个服务是不需要认证的。apiserver通过--kubelet-https参数指定调用哪个服务，true为前者，false为后者，此时只能执行只读操作。下面主要说一下前者。

认证过程

配置认证方式

有三种可配置认证方式：

1. TLS认证，这也是默认的

   authentication:
       anonymous:
           enabled: false
       webhook:
       	enabled: false
       x509:
       	clientCAFile: xxxx
   

2. 允许anonymous，这时可不配置客户端证书

   authentication:
       anonymous:
           enabled: true
   

3. webhook，这时可不配置客户端证书

   authentication:
       webhook:
       	enabled: true
   

   这时kubelet通过bearer tokens，找apiserver认证，如果存在对应的serviceaccount，则认证通过。

如果2开启，则忽略x509和webhook认证；否则，如果1和3同时开启，则按1、3的顺序依次认证，任何一个认证通过则返回通过，否则认证不通过。

通过kubectl命令行访问kubelet时，无法传递bearer tokens，所以无法使用webhook认证，这时只能使用x509认证。

证书配置

kubelet对外暴露https服务，必须设置服务端证书，如果通过x509证书认证客户端，那么还需要配置客户端证书。下面说明证书配置的三种方法：

手工指定证书

1. 假设ca的证书和key：ca.pem，ca-key.pem

2. 用上述ca生成kubelet服务端证书和key：kubelet-server.pem、kubelet-server-key.pem

3. 用上述ca生成apiserver使用的客户端证书和key：kubelet-client.pem、kubelet-client-key.pem，证书CN为kubelet-client

4. 修改kubelet的配置文件：

   tlsCertFile: kubelet-server.pem
   tlsPrivateKeyFile: kubelet-server-key.pem
   authentication:
       x509:
           clientCAFile: ca.pem
   

5. 修改apiserver参数：

   --kubelet-certificate-authority=ca.pem --kubelet-client-certificate=kubelet-client.pem --kubelet-client-key=kubelet-client-key.pem
   

6. 授权kubelet-client用户：

   kubectl create clusterrolebinding kubelet-admin --clusterrole=system:kubelet-api-admin --user=kubelet-client
   

   经过上面5步，认证的过程实际已经OK了，第6步是为授权过程服务的，kubelet的授权是通过webhook委托给apiserver的。

自签名证书和key

实际上是上述过程的特化，不指定tlsCertFile和tlsPrivateKeyFile时，kubelet会自动生成服务端证书保存在--cert-dir指定目录中，文件名为kubelet.crt和kubelet.key，这个证书是自签名的，所以apiserver不需要指定--kubelet-certificate-authority，其他配置是一样的。

通过TLS bootstrap机制

还可以通过TLS bootstrap机制分配kubelet服务证书。跟配置分配访问apiserver的客户端证书方法是一样的（参考官方文档），额外的配置如下：

1. 修改kubelet配置文件：

   serverTLSBootstrap: true 
   

2. 授权允许创建kubelet服务端证书

   首先创建system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver，默认是没有创建的。

   selfnodeserver.yaml文件如下：

   # A ClusterRole which instructs the CSR approver to approve a node requesting a
   # serving cert matching its client cert.
   kind: ClusterRole
   apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
   metadata:
     name: system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver
   rules:
   - apiGroups: ["certificates.k8s.io"]
     resources: ["certificatesigningrequests/selfnodeserver"]
     verbs: ["create"]
   

   kubectl create -f selfnodeserver.yaml
   

   然后创建绑定：

   kubectl create clusterrolebinding node-server-auto-renew-crt --clusterrole=system:certificates.k8s.io:certificatesigningrequests:selfnodeserver --group=system:nodes
   

3. 手工批准证书请求：

   先查询证书请求：

   [vagrant@localhost etc]$ kubectl get csr
   NAME                                                   AGE     REQUESTOR                 CONDITION
   csr-2jxvn                                              76s     system:node:10.10.10.16   Pending
   

   然后批准证书：

   kubectl certificate approve csr-2jxvn
   

   之后在相应kubelet的--cert-dir目录可以看到服务端证书已经生成。

4. 配置客户端证书和前面的方法是一样的，上面3步只是生成服务端证书。

选择哪种方式

客户端证书配置是免不了的，区别是在服务端证书，显然自动生成更加方便，TLS bootstrap相对于自签名证书更加安全，集群统一使用信任的CA签名。

TLS bootstrap还可以配置证书过期后自动重新生成，方法是修改kubelet配置文件：

rotateCertificates: true 

TLS bootstrap分配证书的有效期可以通过kube-controller-manager如下参数修改，默认8760h0m0s，也就是1年：

--experimental-cluster-signing-duration

授权过程

配置授权方式

可配置两种授权方式：

1. AlwaysAllow：从字面意思就可知道

   authorization:
   	mode: AlwaysAllow
   

2. Webhook：这是默认模式

   authorization:
   	mode: Webhook
   

   这时授权过程是委托给apiserver的，使用apiserver一样的授权模式，也就是RBAC。

配置权限

如果通过Webhook授权，就需要通过RBAC为用户配置权限。

首先要弄清楚通过认证的用户是什么，通过x509证书认证的用户名是客户端证书中的CN字段，用户组为O字段；通过webhook认证的用户是token对应的serviceaccount；没有通过认证或使能anonymous，则用户为system:anonymous。

其次要弄清楚应该授权什么权限，系统已经存在一个system:kubelet-api-admin角色，这是最高的权限，可以根据需要创建低权限角色。

[vagrant@localhost kube-apiserver]$ kubectl describe clusterrole system:kubelet-api-admin
Name:         system:kubelet-api-admin
Labels:       kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults
Annotations:  rbac.authorization.kubernetes.io/autoupdate: true
PolicyRule:
  Resources      Non-Resource URLs  Resource Names  Verbs
  ---------      -----------------  --------------  -----
  nodes/log      []                 []              [*]
  nodes/metrics  []                 []              [*]
  nodes/proxy    []                 []              [*]
  nodes/spec     []                 []              [*]
  nodes/stats    []                 []              [*]
  nodes          []                 []              [get list watch proxy]

最后将用户和角色绑定，即完成权限的配置。

总结

如何配置kubelet的认证和授权，归结起来常用如下2种做法：

1. 省事型，可用于开发环境

   authentication:
       anonymous:
           enabled: true
   authorization:
   	mode: AlwaysAllow        
   

   一开始出现的Forbidden问题就是没有配置AlwaysAllow，默认是Webhook。

2. 安全型，生产环境使用

   authentication:
       anonymous:
           enabled: false
   authorization:
   	mode: Webhook
   

   服务端证书通过TLS bootstrap，客户端证书需要手工配置。

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