Kubernetes 部署kafka ACL(單機版)

一、概述

在Kafka0.9版本之前，Kafka集群時沒有安全機制的。Kafka Client應用可以通過連接Zookeeper地址，例如zk1:2181:zk2:2181,zk3:2181等。來獲取存儲在Zookeeper中的Kafka元數據信息。拿到Kafka Broker地址后，連接到Kafka集群，就可以操作集群上的所有主題了。由於沒有權限控制，集群核心的業務主題時存在風險的。

 

權限控制類型

kafka權限控制整體可以分為三種類型：

• 基於SSL
• 基於Kerberos(此認證一般基於CDH，本文不與討論)
• 基於acl的

第一種類型，需要創建ca，給證書簽名，server和client配置SSL通訊。實現比較麻煩！

第二種類型，需要搭建一台Kerberos認證服務器，實現較復雜！

第三種類型，是kakfa內置的，實現簡單。

 

本文將重點介紹基於ACL的認證實現。

身份認證

Kafka的認證范圍包含如下：

• Client與Broker之間
• Broker與Broker之間
• Broker與Zookeeper之間

 

當前Kafka系統支持多種認證機制，如SSL、SASL（Kerberos、PLAIN、SCRAM）。

本文所使用的是基於SASL，認證范圍主要是Client與Broker之間。

 

SASL認證流程

在Kafka系統中，SASL機制包含三種，它們分別是Kerberos、PLAIN、SCRAM。

以PLAIN認證為示例，下面給大家介紹PLAIN認證流程。

先來簡述一下核心步驟，請勿操作！

 

配置Server

要配置SASL和ACL，我們需要在broker端進行兩個方面的設置。首先是創建包含所有認證用戶信息的JAAS文件。本例中，我們假設有3個用戶：admin, reader和writer，其中admin是管理員，reader用戶讀取Kafka集群中topic數據，而writer用戶則負責向Kafka集群寫入消息。我們假設這3個用戶的密碼分別與用戶名相同（在實際場景中，管理員需要單獨把密碼發給各自的用戶），因此我們可以這樣編寫JAAS文件：

KafkaServer {
org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required
username="admin"
password="admin"
user_admin="admin"
user_reader="reader"
user_writer="writer";
};

 

保存該文件為kafka_cluster_jaas.conf，之后我們需要把該文件的完整路徑作為一個JVM參數傳遞給Kafka的啟動腳本。不過由於bin/kafka-server-start.sh只接收server.properties的位置，不再接收其他任何參數，故我們需要修改該啟動腳本。具體做法如下：

vim bin/kafka-server-start.sh

把該文件中的這行：

exec $base_dir/kafka-run-class.sh $EXTRA_ARGS kafka.Kafka "$@"

修改為下面這行，然后保存退出

exec $base_dir/kafka-run-class.sh $EXTRA_ARGS -Djava.security.auth.login.config=/path/kafka_cluster_jaas.conf kafka.Kafka "$@"

 

配置好JAAS文件后，我們開始修改broker啟動所需的server.properties文件，你至少需要配置(或修改)以下這些參數：

# 配置ACL入口類
authorizer.class.name=kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer
# 本例使用SASL_PLAINTEXT
listeners=SASL_PLAINTEXT://:9092
# 指定SASL安全協議
security.inter.broker.protocol= SASL_PLAINTEXT
# 配置SASL機制
sasl.mechanism.inter.broker.protocol=PLAIN
# 啟用SASL機制
sasl.enabled.mechanisms=PLAIN
# 設置本例中admin為超級用戶
super.users=User:admin

 

Ok，現在我們可以啟動broker了（當前肯定要先啟動Zookeeper）

bin/ kafka-server-start.sh ../config/server.properties

 

可見，Kafka broker已經成功啟動了。不過當前該broker只會接收已認證client發來的請求。下面我們繼續clients端的配置。

 

Client端配置

當Kafka Server端配置啟用了SASL/PLAIN，那么Client連接的時候需要配置認證信息，Client配置一個kafka_client_jaas.conf文件，內容如下：

KafkaClient {
org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required
username="writer"
password="writer";
};

 

然后，在producer.properties和consumer.properties文件中設置認證協議，內容如下：

security.protocol=SASL_PLAINTEXT 
sasl.mechanism=PLAIN

 

最后，在kafka-console-producer.sh腳本和kafka-console-producer.sh腳本中添加JAAS文件的路徑，內容如下：

把該文件中的這行：

exec $(dirname $0)/kafka-run-class.sh kafka.tools.ConsoleProducer "$@"

修改為下面這行，然后保存退出

exec $(dirname $0)/kafka-run-class.sh -Djava.security.auth.login.config=/path/writer_jaas.conf kafka.tools.ConsoleProducer "$@"

 

ACL操作

在配置好SASL后，啟動Zookeeper集群和Kafka集群之后，就可以使用kafka-acls.sh腳本來操作ACL機制。

（1）查看：在kafka-acls.sh腳本中傳入list參數來查看ACL授權新

kafka-acls.sh --list --authorizer-properties zookeeper.connect=zookeeper_server:2181

 

（2）創建：創建待授權主題之前，在kafka-acls.sh腳本中指定JAAS文件路徑，然后在執行創建操作

kafka-topics.sh --create --zookeeper zookeeper_server:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic kafka_acl_topic

 

（3）生產者授權：對生產者執行授權操作

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation Write --topic=*

 

（4）消費者授權：對生產者執行授權后，通過消費者來進行驗證

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –topic=*

 

（5）組授權：允許只讀用戶的所有組操作

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –group=*

 

二、環境說明

操作系統	服務器地址	K8s角色	服務
ubuntu-16.04.5-server-amd64	192.168.0.121	master	ks8主控端
ubuntu-16.04.5-server-amd64	192.168.0.88	node_1	etcd
ubuntu-16.04.5-server-amd64	192.168.0.89	node_2	docker私有庫

 

 

 

 

 

每台服務器的硬件配置為，1核3G，20G硬盤。請確保有2G的可用內存！

請確保已經安裝好了k8s集群，關於k8s的安裝，請參考連接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/9947548.html

里面有詳細的過程，使用一鍵腳本即可。本文就是在這個環境上，操作的！

 

架構圖：

 

只需要在Kafka_server 設置ACL規則就可以了。主要針對topic 做權限驗證！創建讀寫用戶進行驗證。

客戶端可以隨意創建topic，但是向topic里面讀寫內容，就需要做驗證了！

 

三、安裝zookeeper(docker)

登錄到node2服務器

mkdir /opt/zookeeper

 

目錄結構如下：

./
├── dockerfile
├── run.sh
├── sources.list
├── zoo.cfg
└── zookeeper-3.4.13.tar.gz

 

具體文件內容，請參考鏈接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-2-2-0

 

記住，先不要把docker run起來。后面會用k8s 啟動鏡像。

 

四、安裝kafka_server(docker)

登錄到node2服務器

mkdir /opt/kafka_server

 

目錄結構如下：

./
├── dockerfile
├── kafka_2.12-2.1.0.tgz
├── kafka_cluster_jaas.conf
├── run.sh
└── sources.list

 

具體文件內容，請參考鏈接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-3-6-0

 

記住，先不要把docker run起來。后面會用k8s 啟動鏡像。

 

五、安裝kafka_client(docker)

登錄到node2服務器

mkdir /opt/kafka_client

 

目錄結構如下：

./
├── consumer.config
├── dockerfile
├── kafka_2.12-2.1.0.tgz
├── producer.config
├── reader_jaas.conf
├── run.sh
├── sources.list
└── writer_jaas.conf

 

具體文件內容，請參考鏈接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-4-6-0

 

記住，先不要把docker run起來。后面會用介紹如何啟動鏡像。

 

六、推送鏡像到私有倉庫

登錄到node2 服務器，將zookeeper和kafka_server鏡像推送到私有倉庫

docker tag zookeeper 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1
docker push 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1

docker tag kafka_server 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1
docker push 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1

 

七、使用k8s部署服務

zookeeper

登錄到k8s主控制服務器，新建zookeeper.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment 
metadata: 
  name: zookeeper-1
spec: 
  replicas: 1
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: zookeeper-1 
    spec: 
      containers: 
        - name: zookeeper-1
          image: 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1
          ports:
          - containerPort: 2128

---
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: zookeeper-1
  labels:
    name: zookeeper-1
spec:
  #type: NodePort
  ports:
  - name: client
    port: 2181
    protocol: TCP
    #nodePort: 12182
  - name: followers
    port: 2888
    protocol: TCP
  - name: leader
    port: 3888
    protocol: TCP
  - name: jmx
    port: 7071
    protocol: TCP
    #nodePort: 17072
  selector:
    name: zookeeper-1

 

kafka_server

新建文件kafka_server.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: kafka-server-1
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: kafka-server-1
    spec:
      containers:
        - name: kafka-server-1
          image: 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1
          env:
          - name: zookeeper
            value: "zookeeper-1.default.svc.cluster.local"
          - name: kafka
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: status.podIP
          ports:
          - containerPort: 9092

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kafka-server-1
  labels:
    name: kafka-server-1
spec:
  type: NodePort
  ports:
    targetPort: 9092
    protocol: TCP
    nodePort: 9092
  selector:
    name: kafka-server-1

 

注意：這里的kafka_server的listeners地址由kafka變量決定，它是pod ip。

在之前的文章，鏈接如下：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-3-6-0

 

啟動kafka時，依賴2個變量。一個是zookeeper地址，一個是kafka監聽地址。

看下面這段，就是制定了2個變量，分別是zookeeper和kafka。它對應就是run.sh中的2個變量

env:
    - name: zookeeper
    value: "zookeeper-1.default.svc.cluster.local"
    - name: kafka
    valueFrom:
      fieldRef:
        fieldPath: status.podIP

 

env表示環境變量。

kafka_server.yaml無法直接獲取zookeeper的pod ip。所以使用 zookeeper-1.default.svc.cluster.local 來獲取。其中zookeeper-1對應的是zookeeper.yaml中的name，后面的值，是固定的。

要想獲取kafka_server的pod id，需要使用這種寫法

valueFrom:
  fieldRef:
    fieldPath: status.podIP

 

創建應用

kubectl create -f zookeeper.yaml --validate
kubectl create -f kafka_server.yaml --validate

 

等待1分鍾，查看狀態

root@k8s-master001:~# kubectl get pods -o wide
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP                NODE
kafka-server-1-5c58954d49-kxgj6   1/1       Running   0          2h        192.138.150.193   k8s-node001
zookeeper-1-f84745dd8-84xr8       1/1       Running   0          2h        192.138.6.129     k8s-node002

 

如果啟動失敗，使用以下命令查看日志

kubectl describe po zookeeper-1-f84745dd8-84xr8

 

八、客戶端測試

Shell客戶端測試

使用docker run一個鏡像

docker run -it -e zookeeper=192.169.6.131 -e kafka=192.169.150.195 kafka_client

 

注意：-e 參數后面的ip地址要正確，就是pod ip

 

進入容器

docker exec -it ada31484e3d6 /bin/bash

 

創建一個測試topic,名為test,單分區，副本因子是1

cd /kafka_2.12-2.1.0/
bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.169.6.131:2181 --topic test --partitions 1 --replication-factor 1

 

配置ACL來讓writer用戶有權限寫入所有topic

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation Write --topic=*

 

為reader用戶設置所有topic的讀取權限

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –topic=*

 

然后設置reader用戶訪問group的權限，-group=* 表示允許所有組

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –group=*

 

登錄到kafka_client，再開一個窗口。

第一個窗口進入生產者模式，輸入342

bin/writer-kafka-console-producer.sh --broker-list 192.138.150.193:9092 --topic test --producer.config config/producer.config
>342

 

第二個窗口，運行消費者

cd /kafka_2.12-2.1.0/
bin/reader-kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.138.150.193:9092 --topic test --from-beginning --consumer.config config/consumer.config

 

這個時候會接收到

342

 

Shell腳本的客戶端，測試完成。

如果需要給writer 用戶所有權限，可以使用以下命令：

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation All --topic=*

 

Java 客戶端測試

在使用java 客戶端測試之前，確保客戶端能直接連接k8s 中的 pod ip。

登錄k8s 主控端，增加一條iptables規則。192.138.0.0/16是pod網段

iptables -t nat -I POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -d 192.138.0.0/16 -o tunl0 -j MASQUERADE

 

客戶端是window 10電腦，增加一條路由，確保有管理權限

route add 192.138.0.0 MASK 255.255.0.0 192.168.0.121

 

測試是否能夠ping通 kafka_server的ip地址

ping 192.138.150.193

 

使用 java客戶端的測試，代碼如下：

public void send() {
    String jaasTemplate = "org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required username=\"%s\" password=\"%s\";";
    String jaasCfg = String.format(jaasTemplate, "writer", "writer");
    Properties props = new Properties();
    props.put("bootstrap.servers", "192.138.150.193:9092");
    props.put("acks", "all");
    props.put("batch.size", 16384);
    props.put("buffer.memory", 33554432);
    
    props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

    props.put("security.protocol", "SASL_PLAINTEXT");
    props.put("sasl.mechanism", "PLAIN");
    props.put("sasl.jaas.config", jaasCfg);

    Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        producer.send(new ProducerRecord<String, String>("test", "game", Integer.toString(i))); 
    }

    producer.close();
}


public void receive() {
    String jaasTemplate = "org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required username=\"%s\" password=\"%s\";";
    String jaasCfg = String.format(jaasTemplate1, "reader", "reader");

    Properties props = new Properties();
    props.put("bootstrap.servers", "192.138.150.193:9092");
    props.put("group.id", "xxx");
    props.put("enable.auto.commit", "true");
    props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");

    props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

    props.put("security.protocol", "SASL_PLAINTEXT");
    props.put("sasl.mechanism", "PLAIN");
    props.put("sasl.jaas.config", jaasCfg);
    KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    consumer.subscribe(Arrays.asList("test"));
    while (true) {
        ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
        for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
            System.out.println(record.value());
        }
    }
}

 

如果輸出0~19，則測試生產者和消費者正常。

使用Python代碼測試

先安裝模塊，本文使用的python版本為3.5.2

pip3 install kafka

 

新建文件kafka_client.py，代碼如下：

#!/usr/bin/env python3
# coding: utf-8

from kafka import KafkaProducer
from kafka import KafkaConsumer


class KafkaClient(object):  # kafka客戶端程序
    def __init__(self, kafka_server, port, topic):
        self.kafka_server = kafka_server  # kafka服務器ip地址
        self.port = port  # kafka端口
        self.topic = topic  # topic名

    def producer(self, username, password, content):
        """
        生產者模式
        :param username: 用戶名 
        :param password: 密碼
        :param content: 發送內容
        :return: object
        """
        
        # 連接kafka服務器,比如['192.138.150.193:9092']
        producer = KafkaProducer(bootstrap_servers=['%s:%s' % (self.kafka_server, self.port)],
                                 security_protocol="SASL_PLAINTEXT",  # 指定SASL安全協議
                                 sasl_mechanism='PLAIN',  # 配置SASL機制
                                 sasl_plain_username=username,  # 認證用戶名
                                 sasl_plain_password=password,  # 密碼
                                 )

        producer.send(self.topic, content.encode('utf-8'))  # 發送消息,必須是二進制
        producer.flush()  # flush確保所有meg都傳送給broker
        # producer.close()
        return producer

    def consumer(self, username, password):
        """
        消費者模式
        :param username: 用戶名 
        :param password: 密碼
        :return: object
        """
        
        # 連接kafka,指定組為test_group
        consumer = KafkaConsumer(topic, group_id='test_group', bootstrap_servers=['%s:%s' % (kafka_server, port)],
                                 sasl_mechanism="PLAIN",
                                 security_protocol='SASL_PLAINTEXT',
                                 sasl_plain_username=username,
                                 sasl_plain_password=password,
                                 )
        return consumer
        # for msg in consumer:
        #     recv = "%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (msg.topic, msg.partition, msg.offset, msg.key, msg.value)
        #     print(recv)


kafka_server = "192.138.150.193"  
port = "9092"
topic = "test"

### 生產者######################################################
username = "writer"
password = "writer"
kafka_client = KafkaClient(kafka_server, port, topic)
result = kafka_client.producer(username, password, "hello")  # 發送消息hello
print("生產者執行完畢!")

### 消費者######################################################
username = "reader"
password = "reader"
consumer = kafka_client.consumer(username, password)  # 消費消息
print("消費者已執行,等待輸出結果：")
for msg in consumer:  # 遍歷結果
    # 輸出topic,partition,offset,key,value
    recv = "%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (msg.topic, msg.partition, msg.offset, msg.key, msg.value)
    print(recv)

 

執行代碼，輸出：

生產者執行完畢!
消費者已執行,等待輸出結果：
test:0:218: key=None value=b'hello'

 

如果出現hello，表示成功!