k8s安全机制

1.机制说明

2.认证

认证类型

• HTTP Token认证：通过一个 Token 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字符串，每一个Token对应一个用户名存储在API Server 台能访问的文件中。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：通过一个 Token 来识别合法用户

  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，服务端收到后进行编码，获取用户名及密码

• HTTPS证书认证：基于CA根证书签名的客户端身份认证方式

  单向HTTPS认证：客户端认证服务端，应用场景web应用

  双向HTTPS认证：客户端与服务端双向认证，应用场景ATM机

证书签发模式

• 手动签发：通过 k8s 集群的跟CA 进行签发 HTTPS 证书
• 自动签发：kubelet 首次访问 APIServer 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

kubeconfig

kubeconfig 文件包含集群参数（CA证书、APIServer地址），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

所在地址：/etc/kubernetes/admin.conf或~/.kube/config

各系统静态pod间的认证

• Controller Manager、Scheduler与APl Server 在同一台机器(基于kubeadm安装的情况下)，所以直接使用 API Server 的非安全端口访问，''--insecure-bind-address=127.0.0.1'
• kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证

ServiceAccount的组成

Pod 中的容器访问APIServer。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

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，apiServer检验pod合法性
• ca.crt，根证书。用于 Client 端验证 APIServer 发送的证书，pod验证apiServer合法性
• namespace，标识这个service-account-token的作用域名空间

默认情况下，每个 name space 都会有一个 ServiceAccount，如果 Pod 在创建时没有指ServiceAccount，就会使用 Pod 所属的 namespace 的 ServiceAccount

默认挂载目录，在容器内部：/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/

# 创建serviceAccount
kubectl create sa saName -n ns

3.鉴权

a.鉴权类型

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。APIServer目前支持以下几种授权策略（通过APIServer 的启动参数"authorization-mode" 设置)

• 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
• 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
• Webbhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
• RBAC（Role-Based AccessControl）：基于角色的访问控制，现行默认规则

b.RBAC-特性优势

• 对集群中的资源和非资源均拥有完整的覆盖
• 整个RBAC 完全由几个API 对象完成，同其它API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APIServer

c.RBAC-资源对象

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

权力的附着点有用户(user),组(group),ServiceAccount

创建用户

# 用户和组是不需要实际创建的，只需要在签发证书的时候标识当前的用户或组，apiServer通过证书的信息得知身份
{
  # 用户名
  "CN":"admin",
  # 证书可访问地址
  "hosts":[],
  "key":{
    "algo":"rsa",
    "size":2048,
  },
  "names":[
    {
      "C":"CN",
      "ST":"BeiJing",
      "L":"XS",
      # 用户组
      "O":"system:master",
      "OU":"System"
    }
  ]
}

Role

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

# 查看role
kubectl get role -A

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""] # "" indicates the core API group 为空即为v1版
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

ClusterRole

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，ClusterRole可以用于：

• 集群级别的资源控制（例如 node访问权限）
• 非资源型endpoints（例如/health访问）
• 所有命名空间资源控制（例如 pods）

# 查看clusterRole
kubectl get clusterrole

kind: ClusterRole
 apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  # "namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced
  name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

RoleBinding + Role

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); RoloBinding 同样包含对被 Bind 的 Role引l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

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
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 + ClusterRole(降权)

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

# This role binding allows "dave"to read secrets in the "development" namespace.
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: dev # 集群角色被限制在dev的名字空间下
subjects:
- kind: User
  name: dave
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

ClusterRoleBinding + ClusterRole

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

# This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in any namespace.
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
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

Resources（访问的资源）

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 logs 资源就属于 pods 的子资源，API中URL 样例如:

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/v1
metadata:
  namespace: default
  name: pod-and-pod-logs-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods/log"]
  verbs: ["get", "list"]

Subjects（权利的附着点，绑定目标）

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email格式的邮箱地址，如“xxx@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

创建一个用户只能管理dev名字空间

# 创建证书〉转换为kubeconfig文件〉创建名字空间〉角色绑定 
# /etc/kubernetes/pki/ 目录下创建相关证书
cat >/etc/kubernetes/pki/devuser.json<<EOF
{
 "CN": "devuser",
 "hosts": [],
 "key": {
   "algo": "rsa",
   "size": 2048
  },
 "names": [
    {
     "C": "CN",
     "ST": "BeiJing",
     "L": "BeiJing",
     "O": "k8s",
     "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

# 下载证书生成工具
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl

coreOS json

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 devuser.json | cfssljson -bare devuser

# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://192.168.123.10:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=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=devuser.pem \
--client-key=devuser-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

# 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

# 创建dev的名字空间
kubectl create ns dev

# 创建角色绑定 --clusterrole=admin k8s自带的角色，类似linux中root
kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=devuser --namespace=dev

# 更换权限
cp ~/.kube/config{,.bak}
cp -f ./devuser.kubeconfig /root/.kube/config

# 配合linux用户管理，给特定拥有授予dev名字空间下的权限
useradd dev
passwd dev
mkdir /home/dev/.kube
mv -f ./devuser.kubeconfig /home/dev/.kube/config
# dev:dev 是设置用户和组的参数，将 /home/dev/.kube 目录及子文件的所有者设为 dev，所属组设为 dev
chown -R dev:dev /home/dev/.kube

资源与角色类型的匹配

常见的集群预定义角色

kubectl get clusterrole

• view ClusterRole

允许读取一个命名空间中的大多数资源，除了Role、RoleBinding和 Secret

• edit ClusterRole

允许读取和修改 Secret。但是，它也不允许查看或修改 Role 和 RoleBinding，这是为了防止权限扩散。

• admin ClusterRole

一个命名空间中的资源的完全控制权是由admin ClusterRole赋予的。有这个ClusterRole的主体可以读取和修改命名空间中的任何资源，除了 ResourceQuota 和命名空间资源本身。edit ClusterRole 和 admin ClusterRole之间的主要区别是能否在命名空间中查看和修改Role和RoleBinding。

• cluster-admin ClusterRole

通过将 cluster-admin ClusterRole 赋给主体,主体可以获得Kubernetes集群完全控制的权限

4.准入控制

准入控制是APIServer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APIServer的一些主要的功能都需要通过 Admission Controllers 实现，比如 ServiceAccount

常用插件

• NamespaceLifecycle：防止在不存在的勺name space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：确保请求的资源不会超过资源所在Namespace的 LimitRange 的限制
• ServiceAccount：实现了自动化添加ServiceAccount
• ResourceQuota：确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota 限制