一、安全机制说明
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。API Server是集群内部各个组件通信的中介, 也是外部控制的入口。所以Kubernetes的安全机制基本就是围绕保护API Server来设计的。
比如 kubectl 如果想向API Server请求资源,需要过三关,第一关是认证(Authentication),第二关是鉴权(Authorization), 第三关是准入控制(Admission Control),只有通过这三关才可能会被K8S创建资源。
二、认证(Authentication)
HTTP Token认证:通过一个Token来识别合法用户
- HTTP Token认证:是用一个很长的特殊编码方式的并且难以被模仿的Token字符串来表达客户的一种方式。Token是一个很长的很复杂的字符串,每一个Token对应一个用户名存储在API 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。
- HTTP Base认证:通过用户名+密码的方式认证
- 用户名:密码用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP Request中的Heather 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。
- 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。
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。
2.1 需要被认证的访问类型
- Kubernetes 组件对API Server的访问:kubectl、kubelet、kube-proxy
- Kubernetes 管理的Pod对API Server的访问:Pod(coredns,dashborad也是以Pod形式运行)
2.2 安全性说明
- 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(比如:8080端口)
- kubectl、kubelet、kube-proxy 访问API Server就都需要证书进行HTTPS双向认证,端口号使用 6443
2.3 证书颁发
- 手动签发:使用二进制部署时,需要先手动跟CA进行签发HTTPS证书
- 自动签发:kubelet首次访问API Server时,使用token做认证,通过后,Controller Manager会为 kubelet生成一个证书, 以后的访问都是用证书做认证了
2.4 kubeconfig
kubeconfig文件包含集群参数(CA证书、API Server 地址),客户端参数(上面生成的证书和私钥),集群context上下文参数 (集群名称、用户名)。
Kubenetes组件(如:kubelet、kube-proxy)通过启动时指定不同的kubeconfig文件可以切换到不同的集群 ,连接到apiserver。也就是说kubeconfig文件既是一个集群的描述,也是集群认证信息的填充。包含了集群的访问方式和认证信息。
kubectl 文件位置: ~/.kube/config
2.5 Service Account(SA)
Service Account是为了方便Pod中的容器访问API Server。因为Pod的创建、销毁是动态的,所以要为每一个Pod手动生成证书就不可行了。 Kubenetes使用了Service Account来循环认证,从而解决了Pod访问API Server的认证问题。
2.6 secret与SA的关系
2.6.1 Kubernetes设计了一种资源对象叫做Secret,分为两类
- 用于保存ServiceAccount的service-account-token
- 用于保存用户自定义保密信息的Opaque
2.6.2 Service Account 中包含三个部分
- Token:是使用API Server私钥签名的Token字符串序列号,用于访问API Server时,Server端认证
- ca.crt:ca根证书,用于Client端验证API Server发送来的证书
- namespace:标识这个service-account-token的作用域名空间
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)。
2.7 示例
2.7.1 查看SA信息
kubectl get sa——查看service account
2.7.2 查看kube-system下的所有信息
kubectl get pod -n kube-system——获得kube-system命名空间中所有Pod的列表
2.7.3 Pod中的容器上启动一个交互式的sh
kubectl exec -it kube-proxy-s7sxg -n kube-system sh——用于在名为kube-proxy-s7sxg的Pod中的容器上执行一个交互式的shell(sh)
解释如下:
kubectl exec
: 这部分表示在Kubernetes中执行一个命令。-it
: 这两个选项结合起来表示要创建一个交互式的终端,允许用户与容器进行交互。kube-proxy-s7sxg
: 这是要执行命令的Pod的名称。在这种情况下,您将在名为kube-proxy-s7sxg
的Pod中执行命令。-n kube-system
: 这部分表示要在kube-system
命名空间中执行命令。kube-system
命名空间通常用于存储Kubernetes系统组件和插件。
三、鉴权(Authorization)
3.1 鉴权的功能
认证(Authentication)过程,只是确定通信的双方都确认了对方是可信的,可以相互通信。
鉴权(Authorization)是确定请求方有哪些资源的权限。
3.2 鉴权的授权策略
- AlwaysDeny:表示拒绝所有的请求,一般用于测试
- 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,一般用于测试
- 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。也就是说定义一个访问类型的属性,用户可以使用这个属性访问对应的资源。此方式设置较为繁琐,每次设置需要定义一长串的属性才可以。
- Webhook:通过调用外部REST服务对用户进行授权,即可在集群外部对K8S进行鉴权
- RBAC(Role-Based Access Control):基于角色的访问控制,K8S自1.6版本起默认使用规则
3.2.1 RBAC的优点
- 对集群中的资源(Pod,Deployment,Service)和非资源(元信息或者资源状态)均拥有完整的覆盖
- 整个RBAC完全由几个API资源对象完成,同其它API资源对象一样,可以用kubectl或API进行操作
- 可以在运行时进行调整,无需重启API Server,而ABAC则需要重启API Server
3.2.2 RBAC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 Server操作。
3.2 角色
- Role:授权指定命名空间的资源控制权限
- ClusterRole:可以授权所有命名空间的资源控制权限
如果使用RoleBinding绑定ClusterRole,仍会受到命名空间的影响;如果使用 ClusterRoleBinding绑定ClusterRole, 将会作用于整个K8S集群。
3.3 角色绑定
- RoleBinding:将角色绑定到主体(即subject)
- ClusterRoleBinding:将集群角色绑定到主体
3.4 主体(subject)
- User:用户
- Group:用户组
- ServiceAccount:服务账号
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。
3.5 Role and ClusterRole
在 RBAC API 中,Role表示一组规则权限,权限只能增加(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。也就是说只有白名单权限,而没有黑名单权限的概念。
Role只能定义在一个namespace中,如果想要跨namespace则可以创建ClusterRole,也就是说定义ClusterRole不需要绑定namespace。
3.5.1 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 #使用默认命名空间
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命名空间中具有对Pod资源对象 进行get(获取)、watch(监听)、list(列出)这三个操作权限。
3.5.2 ClusterRole示例
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
# "namespace" 被忽略,因为 ClusterRoles 不受名字空间限制
name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["secrets"] #资源对象为 Secret 类型
verbs: ["get", "watch", "list"]
3.6 RoleBinding and ClusterRoleBinding
3.6.1 RoleBinding and ClusterRoleBinding定义
- RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组,RoleBinding 包含一组主体(subject),subject 中包含有不同形式的待授予权限资源类型(User、Group、ServiceAccount)
- RoloBinding 同样包含对被绑定的 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
3.6.2 RoleBinding示例1
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: default
subjects:
- kind: User
name: zhangsan
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
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。
RoleBinding同样可以引用ClusterRole来对当前namespace内User、Group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。
3.6.3 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
3.6.4 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。
3.7 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。
3.7.1 示例
允许某主体读取pods同时访问这些Pod的log子资源
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:"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
rules.resources:"services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
rules.apiGroups:"","apps", "autoscaling", "batch"
三、准入控制(Admission Control)
3.1 准入控制定义
准入控制是API Server的一个准入控制器插件列表,通过添加不同的插件,实现额外的准入控制规则。发送到API Server的请求都需要经过这个列表中的每个准入控制器插件的检查,检查不通过,则拒绝请求。
一般建议直接采用官方默认的准入控制器。
3.1.1 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
3.1.2 列举几个插件的功能
- NamespaceLifecycle:用于命名空间回收,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。
- LimitRanger:用于配额管理,确保请求的资源不会超过资源所在Namespace的LimitRange的限制。
- ServiceAccount:用于在每个Pod中自动化添加ServiceAccount,方便访问API Server。
- ResourceQuota:基于命名空间的高级配额管理,确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota限制。
- NodeRestriction: 用于Node加入到K8S群集中以最小权限运行。
四、实验部署
4.1 创建一个用户
useradd zhangsan
passwd zhangsan
4.2 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
4.3 创建用于用户连接到 API Server 所需的证书和 kubeconfig 文件
先上传证书生成工具cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo到/usr/local/bin目录中
4.4 创建文件夹
mkdir /opt/zhangsan
cd /opt/zhangsan
4.5 API Server会把客户端证书的CN字段作为User,把names.O字段作为Group
vim user-cert.sh
#######################
cat > zhangsan-csr.json <<EOF
{
"CN": "zhangsan",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
4.6 使用工具生成证书
cd /etc/kubernetes/pki/
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/zhangsan/zhangsan-csr.json | cfssljson -bare zhangsan
这是一个使用
cfssl
工具生成证书的命令。具体来说,它使用ca.crt
和ca.key
作为根证书和私钥,使用kubernetes
作为证书配置文件的配置文件,以及/opt/zhangsan/zhangsan-csr.json
中定义的证书签名请求文件来生成一个名为zhangsan
的证书。其中,
-profile
参数指定了证书配置文件的名称,-ca
和-ca-key
参数分别指定了根证书和私钥的文件路径,cfssljson -bare
命令用于将生成的证书和私钥文件输出到当前目录下,文件名为zhangsan
。需要注意的是,这个命令中的
/opt/zhangsan/zhangsan-csr.json
文件应该是一个包含了证书签名请求信息的 JSON 文件,其中包含了证书的一些基本信息,如 Common Name、Organization 等。
4.7 /etc/kubernetes/pki/目录中会生成zhangsan-key.pem、zhangsan.pem、zhangsan.csr
chmod +x user-cert.sh
./user-cert.sh
4.8 生成一个名为zhangsan.kubeconfig
的 kubeconfig 配置文件
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=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig
# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials zhangsan \
--client-key=/etc/kubernetes/pki/zhangsan-key.pem \
--client-certificate=/etc/kubernetes/pki/zhangsan.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig
# 设置上下文参数
kubectl config set-context kubernetes \
--cluster=kubernetes \
--user=zhangsan \
--namespace=kgc \
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig
这段脚本用于设置 Kubernetes 集群的认证参数和上下文参数,并生成一个名为
zhangsan.kubeconfig
的配置文件。
- 首先,脚本中的
APISERVER=\$1
表示将传入的第一个参数作为 API Server 的地址。- 接下来,通过
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
将 API Server 的地址设置为https://$APISERVER:6443
,并将其导出为环境变量KUBE_APISERVER
。- 然后,使用
kubectl config set-cluster
命令设置集群参数。其中,--certificate-authority
参数指定了根证书的路径,--embed-certs=true
表示将证书嵌入到 kubeconfig 文件中,--server
参数指定了 API Server 的地址,--kubeconfig
参数指定了生成的 kubeconfig 文件的名称。- 接着,使用
kubectl config set-credentials
命令设置客户端认证参数。--client-key
参数指定了客户端私钥的路径,--client-certificate
参数指定了客户端证书的路径,--embed-certs=true
表示将证书嵌入到 kubeconfig 文件中,--kubeconfig
参数指定了生成的 kubeconfig 文件的名称- 最后,使用
kubectl config set-context
命令设置上下文参数。--cluster
参数指定了集群的名称,--user
参数指定了客户端的名称,--namespace
参数指定了默认的命名空间,--kubeconfig
参数指定了生成的 kubeconfig 文件的名称。综合起来,这段脚本的作用是生成一个名为
zhangsan.kubeconfig
的 kubeconfig 配置文件,其中包含了与 Kubernetes 集群的连接和认证所需的参数。
4.9 运行yaml
4.10 使用上下文参数生成zhangsan.kubeconfig文件
这是一个使用
kubectl
命令设置当前上下文的命令,其中--kubeconfig
参数指定了使用的 kubeconfig 文件的名称为zhangsan.kubeconfig
。具体来说,
kubectl config use-context
命令用于设置当前上下文,kubernetes
参数指定了上下文的名称,即之前脚本中设置的上下文名称。--kubeconfig
参数指定了使用的 kubeconfig 文件的名称为zhangsan.kubeconfig
,即之前脚本中生成的 kubeconfig 文件的名称。这个命令的作用是将当前上下文设置为
kubernetes
,并使用zhangsan.kubeconfig
文件中的参数进行连接和认证。这样,就可以使用kubectl
命令与 Kubernetes 集群进行交互了。
4.11 查看证书
4.12 编辑rbac.yaml
vim rbac.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: kgc
name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods"]
verbs: ["get", "watch", "list", "create"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: kgc
subjects:
- kind: User
name: zhangsan
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
4.13 运行yaml文件
4.14 切换用户,测试操作权限
4.14.1 编辑pod-test.yaml文件
4.14.2 运行yaml文件
4.15 访问svc资源就会被拒绝
kubectl get svc
Error from server (Forbidden): services is forbidden: User "zhangsan" cannot list resource "services" in API group "" in the namespace "kgc"
4.16 无法访问default命名空间
kubectl get pods -n default
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "zhangsan" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"
4.17 使用root用户查看
kubectl get pods --all-namespaces -o wide
NAMESPACE NAME READY STATUS RESTARTS AGE IP NODE NOMINATED NODE READINESS GATES
kgc pod-test 1/1 Running 0 107s 10.244.2.2 node02 <none> <none>
由此可以看出RoleBinding的用户只能管理指定的命名空间中的资源
4.18 也可以通过绑定admin角色,来获得管理员权限
kubectl create rolebinding zhangsan-admin-binding --clusterrole=admin --user=zhangsan --namespace=kgc
标签:--,namespace,Server,kubeconfig,安全,API,机制,k8s,zhangsan
From: https://blog.csdn.net/sea_bunch/article/details/139478531