k8s安全认证 - 《Kubernetes教程》

1 访问控制概述
2 认证管理
3 授权管理
4 准入控制
- 4.1 介绍
- 4.2 当前可配置的Admission Control准入控制

1 访问控制概述

1.1 概述

用户使用 kubectl、客户端库或构造 REST 请求来访问 Kubernetes API。人类用户和 Kubernetes 服务账户都可以被鉴权访问 API。当请求到达 API 时，它会经历多个阶段，如下图所示：

1.2 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。

1.3 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。

1.4 权限流程控制

用户携带令牌或者证书给 Kubernetes 的 api-server 发送请求，要求修改集群资源。
Kubernetes 开始认证。
Kubernetes 认证通过之后，会查询用户的授权（有哪些权限）。
用户执行操作的过程中（操作 CPU、内存、硬盘、网络……），利用准入控制来判断是否可以执行这样的操作。

2 认证管理

Kubernetes 集群安全的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。

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

3 授权管理

3.1.1 概述

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。

3.1.2 API Server目前支持的授权策略

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）

#查看默认的授权策略
[root@k8s-master ~]# cat /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml | grep -i rbac
  - --authorization-mode=Node,RBAC

3.1.3 RBAC

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,也可以理解为分配角色。

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

3.1.4 Role 和 ClusterRole资源清单文件

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 的资源清单文件：

# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定nameapce
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: authorization-role
  namespace: test
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资源清单文件：

# 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
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
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”

3.1.5 RoleBinding 和 ClusterRoleBinding 资源清单文件

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 资源清单文件：

# 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
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: test
subjects:
- kind: User
  name: charlie #区分大小写
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: authorization-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

ClusterRoleBinding 资源清单文件：

# 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
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
 name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
- kind: User
  name: heima
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

3.1.6 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charlie只能读取dev命名空间中的资源
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-role-binding-ns
  namespace: test
subjects:
- kind: User
  name: charlie
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

3.1.7 实战演练

vi k8s-rbac-test.yaml

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: charlie-role
  namespace: test
rules: # 当前角色的规则
- apiGroups: [""] # "" 标明 core API 组，默认留空即可。
  resources: ["pods"] # 指定能操作的资源 ，通过 kubectl api-resources 查看即可。
  verbs: ["get", "watch", "list"] # 操作动作，通过 kubectl api-resources -o wide 查看即可。 

---
#集群角色
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: charlie-clusterrole
rules:
- apiGroups: [""] # "" 标明 core API 组，默认留空即可。
  resources: ["namespaces"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]
---
# ServiceAccount
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: charlie # ServiceAccount 的名称
  namespace: test
---
# 账号和角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: charlie-rolebinding
  namespace: test
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: charlie # "name" 是区分大小写的
roleRef:
  kind: Role
  name: charlie-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
# 账号和集群角色绑定
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: charlie-clusterrolebinding
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: charlie # "name" 是区分大小写的
  namespace: test # 如果资源是某个 namespace 下的，那么就需要设置 namespace
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: charlie-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

kubectl apply -f k8s-rbac-test.yaml

#查看
kubectl get sa -A
kubectl get secret -n test
kubectl get secret -n test charlie-token-jfmrq
kubectl describe secret -n test charlie-token-jfmrq

4 准入控制

4.1 介绍

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。

4.2 当前可配置的Admission Control准入控制

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
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