安全认证【八】

发布时间:2023年12月23日

8. 安全认证

8.1 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。

在这里插入图片描述

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。

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8.2 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。
    

在这里插入图片描述

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

8.3 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

在这里插入图片描述

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/v1
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/v1
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",
    "horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"
    
  • verbs:对资源对象的操作方法列表

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

RoleBinding、ClusterRoleBinding

在这里插入图片描述

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。

# 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/v1
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: agan
  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/v1
metadata:
 name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
- kind: User
  name: agan
  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是一个集群角色,但是因为使用了RoleBinding
# 所以wangqing只能读取dev命名空间中的资源
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: authorization-role-binding-ns
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: agan
  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@k8s-master ~]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@k8s-master pki]# ls
apiserver.crt              apiserver.key                 ca.crt  front-proxy-ca.crt      front-proxy-client.key
apiserver-etcd-client.crt  apiserver-kubelet-client.crt  ca.key  front-proxy-ca.key      sa.key
apiserver-etcd-client.key  apiserver-kubelet-client.key  etcd    front-proxy-client.crt  sa.pub
[root@k8s-master pki]# ls devman.key
ls: cannot access devman.key: No such file or directory
[root@k8s-master pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)  # 创建证书文件名为:devman.key
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
................................................................................................................................+++
................................................+++
e is 65537 (0x10001)
[root@k8s-master pki]# ls devman.key
devman.key

# 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
[root@k8s-master pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"     
# 2-2) 签署证书
[root@k8s-master pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650
Signature ok
subject=/CN=devman/O=devgroup
Getting CA Private Key


# 3) 设置集群、用户、上下文信息
[root@k8s-master pki]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://10.10.10.148:6443
Cluster "kubernetes" set.

[root@k8s-master pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
User "devman" set.

[root@k8s-master pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman
Context "devman@kubernetes" created.

# 显示当前上下文信息
[root@k8s-master ~]# kubectl config current-context
kubernetes-admin@kubernetes

# 显示当前有哪些上下文
[root@k8s-master ~]# kubectl config get-contexts
CURRENT   NAME                          CLUSTER      AUTHINFO           NAMESPACE
          devman@kubernetes             kubernetes   devman             
*         kubernetes-admin@kubernetes   kubernetes   kubernetes-admin

# 切换账户到devman
[root@k8s-master ~]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".
[root@k8s-master ~]# kubectl config current-context
devman@kubernetes


# 查看dev下pod,发现没有权限
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"
[root@k8s-master ~]# kubectl get pod -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"
[root@k8s-master ~]# 


# 切换到admin账户
[root@k8s-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

role-rolebinding.yaml

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: dev-role
  namespace: dev
rules:
- apiGroups:
  - ""
  resources:
  - "pods"
  verbs:
  - "get"
  - "watch"
  - "list"

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
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
[root@k8s-master rbac]# pwd
/root/inventory/rbac
[root@k8s-master rbac]# ls
role-rolebinding.yaml
[root@k8s-master rbac]# kubectl apply -f role-rolebinding.yaml  # 应用
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created

[root@k8s-master rbac]# kubectl get role -n dev  # 查看角色
NAME       CREATED AT
dev-role   2023-12-23T06:40:35Z
[root@k8s-master rbac]# kubectl get rolebinding -n dev   # 查看绑定角色
NAME                         ROLE            AGE
authorization-role-binding   Role/dev-role   12m
[root@k8s-master rbac]# kubectl describe role dev-role -n dev  # 查看角色信息
Name:         dev-role     # 角色名字
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
PolicyRule:
  Resources  Non-Resource URLs  Resource Names  Verbs
  ---------  -----------------  --------------  -----
  pods       []                 []              [get watch list]   # 能查看Pod ; 权限有:get 、watch 、 list
[root@k8s-master rbac]# kubectl describe rolebinding authorization-role-binding -n dev  # 查看绑定角色
Name:         authorization-role-binding  # 名字
Labels:       <none>
Annotations:  <none>
Role:      # 类型:为角色
  Kind:  Role
  Name:  dev-role   # 角色名字
Subjects:
  Kind  Name    Namespace
  ----  ----    ---------
  User  devman     # 绑定的用户
[root@k8s-master rbac]#
  1. 切换账户,再次验证
# 切换账户到devman
[root@k8s-master rbac]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 再次查看
[root@k8s-master rbac]# kubectl get pod -n dev
NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS        AGE
nginx-deployment-7cb69f4885-d4c8w    1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h
nginx-deployment-7cb69f4885-s9qb2    1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h
nginx-deployment-7cb69f4885-zg4ss    1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h
pod-configmap                        1/1     Running   1 (5h54m ago)   22h
pod-nginx                            2/2     Running   5 (53m ago)     20h
pod-secret                           1/1     Running   1 (5h54m ago)   22h
tomcat-deployment-6b689b559b-4j82k   1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h
tomcat-deployment-6b689b559b-5dd8n   1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h
tomcat-deployment-6b689b559b-766tm   1/1     Running   2 (5h54m ago)   2d1h

# 为了不影响后面的学习,切回admin账户
[root@k8s-master rbac]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

8.4 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,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
  • AlwaysPullImages: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
  • 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
    amespace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
文章来源:https://blog.csdn.net/m0_58805648/article/details/135169662
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