9 第九章 安全認證

9.1 訪問控制概述

Kubernetes作為一個分布式集群的管理工具，保證集群的安全性是其一個重要的任務。所謂的安全性其實就是保證對Kubernetes的各種客戶端進行認證和鑒權操作。

客戶端

在Kubernetes集群中，客戶端通常有兩類：

• User Account：一般是獨立於kubernetes之外的其他服務管理的用戶賬號。

• Service Account：kubernetes管理的賬號，用於為Pod中的服務進程在訪問Kubernetes時提供身份標識。

認證、授權與准入控制

ApiServer是訪問及管理資源對象的唯一入口。任何一個請求訪問ApiServer，都要經過下面三個流程：

• Authentication（認證）：身份鑒別，只有正確的賬號才能夠通過認證

• Authorization（授權）： 判斷用戶是否有權限對訪問的資源執行特定的動作

• Admission Control（准入控制）：用於補充授權機制以實現更加精細的訪問控制功能。

9.2 認證管理

Kubernetes集群安全的最關鍵點在於如何識別並認證客戶端身份，它提供了3種客戶端身份認證方式：

• HTTP Base認證：通過用戶名+密碼的方式認證

      這種認證方式是把“用戶名:密碼”用BASE64算法進行編碼后的字符串放在HTTP請求中的Header Authorization域里發送給服務端。服務端收到后進行解碼，獲取用戶名及密碼，然后進行用戶身份認證的過程。

• HTTP Token認證：通過一個Token來識別合法用戶

      這種認證方式是用一個很長的難以被模仿的字符串--Token來表明客戶身份的一種方式。每個Token對應一個用戶名，當客戶端發起API調用請求時，需要在HTTP Header里放入Token，API Server接到Token后會跟服務器中保存的token進行比對，然后進行用戶身份認證的過程。

• HTTPS證書認證：基於CA根證書簽名的雙向數字證書認證方式

      這種認證方式是安全性最高的一種方式，但是同時也是操作起來最麻煩的一種方式。

HTTPS認證大體分為3個過程：

1. 證書申請和下發

     HTTPS通信雙方的服務器向CA機構申請證書，CA機構下發根證書、服務端證書及私鑰給申請者

2. 客戶端和服務端的雙向認證

     1> 客戶端向服務器端發起請求，服務端下發自己的證書給客戶端，
        客戶端接收到證書后，通過私鑰解密證書，在證書中獲得服務端的公鑰，
        客戶端利用服務器端的公鑰認證證書中的信息，如果一致，則認可這個服務器
    2> 客戶端發送自己的證書給服務器端，服務端接收到證書后，通過私鑰解密證書，
        在證書中獲得客戶端的公鑰，並用該公鑰認證證書信息，確認客戶端是否合法

3. 服務器端和客戶端進行通信

     服務器端和客戶端協商好加密方案后，客戶端會產生一個隨機的秘鑰並加密，然后發送到服務器端。
    服務器端接收這個秘鑰后，雙方接下來通信的所有內容都通過該隨機秘鑰加密

注意: Kubernetes允許同時配置多種認證方式，只要其中任意一個方式認證通過即可

9.3 授權管理

授權發生在認證成功之后，通過認證就可以知道請求用戶是誰， 然后Kubernetes會根據事先定義的授權策略來決定用戶是否有權限訪問，這個過程就稱為授權。

每個發送到ApiServer的請求都帶上了用戶和資源的信息：比如發送請求的用戶、請求的路徑、請求的動作等，授權就是根據這些信息和授權策略進行比較，如果符合策略，則認為授權通過，否則會返回錯誤。

API Server目前支持以下幾種授權策略：

• AlwaysDeny：表示拒絕所有請求，一般用於測試

• AlwaysAllow：允許接收所有請求，相當於集群不需要授權流程（Kubernetes默認的策略）

• ABAC：基於屬性的訪問控制，表示使用用戶配置的授權規則對用戶請求進行匹配和控制

• Webhook：通過調用外部REST服務對用戶進行授權

• Node：是一種專用模式，用於對kubelet發出的請求進行訪問控制

• RBAC：基於角色的訪問控制（kubeadm安裝方式下的默認選項）

RBAC(Role-Based Access Control) 基於角色的訪問控制，主要是在描述一件事情：給哪些對象授予了哪些權限

其中涉及到了下面幾個概念：

• 對象：User、Groups、ServiceAccount

• 角色：代表着一組定義在資源上的可操作動作(權限)的集合

• 綁定：將定義好的角色跟用戶綁定在一起

RBAC引入了4個頂級資源對象：

• Role、ClusterRole：角色，用於指定一組權限

• RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色綁定，用於將角色（權限）賦予給對象

Role、ClusterRole

一個角色就是一組權限的集合，這里的權限都是許可形式的（白名單）。

# Role只能對命名空間內的資源進行授權，需要指定nameapce
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: dev
  name: authorization-role
rules:
- apiGroups: [""]  # 支持的API組列表,"" 空字符串，表示核心API群
  resources: ["pods"] # 支持的資源對象列表
  verbs: ["get", "watch", "list"] # 允許的對資源對象的操作方法列表

# ClusterRole可以對集群范圍內資源、跨namespaces的范圍資源、非資源類型進行授權
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
 name: authorization-clusterrole
rules:
- apiGroups: [""]
 resources: ["pods"]
 verbs: ["get", "watch", "list"]

需要詳細說明的是，rules中的參數：

• apiGroups: 支持的API組列表

  "","apps", "autoscaling", "batch"

• resources：支持的資源對象列表

  "services", "endpoints", "pods","secrets","configmaps","crontabs","deployments","jobs",
  "nodes","rolebindings","clusterroles","daemonsets","replicasets","statefulsets",
  "horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"

• verbs：對資源對象的操作方法列表

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

RoleBinding、ClusterRoleBinding

角色綁定用來把一個角色綁定到一個目標對象上，綁定目標可以是User、Group或者ServiceAccount。

# RoleBinding可以將同一namespace中的subject綁定到某個Role下，則此subject即具有該Role定義的權限
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-role-binding
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: heima
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: authorization-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

# ClusterRoleBinding在整個集群級別和所有namespaces將特定的subject與ClusterRole綁定，授予權限
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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

RoleBinding引用ClusterRole進行授權

RoleBinding可以引用ClusterRole，對屬於同一命名空間內ClusterRole定義的資源主體進行授權。

    一種很常用的做法就是，集群管理員為集群范圍預定義好一組角色（ClusterRole），然后在多個命名空間中重復使用這些ClusterRole。這樣可以大幅提高授權管理工作效率，也使得各個命名空間下的基礎性授權規則與使用體驗保持一致。

# 雖然authorization-clusterrole是一個集群角色，但是因為使用了RoleBinding
# 所以heima只能讀取dev命名空間中的資源
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: authorization-role-binding-ns
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: heima
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

實戰：創建一個只能管理dev空間下Pods資源的賬號

1) 創建賬號

# 1) 創建證書
[root@k8s-master01 pki]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@k8s-master01 pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)

# 2) 用apiserver的證書去簽署
# 2-1) 簽名申請，申請的用戶是devman,組是devgroup
[root@k8s-master01 pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"     
# 2-2) 簽署證書
[root@k8s-master01 pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650

# 3) 設置集群、用戶、上下文信息
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.109.100:6443

[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key

[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman

# 切換賬戶到devman
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 查看dev下pod，發現沒有權限
[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"

# 切換到admin賬戶
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

2） 創建Role和RoleBinding，為devman用戶授權

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: dev
  name: dev-role
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]
  
---

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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-master01 pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created

3) 切換賬戶，再次驗證

# 切換賬戶到devman
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 再次查看
[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
NAME                                 READY   STATUS             RESTARTS   AGE
nginx-deployment-66cb59b984-8wp2k    1/1     Running            0          4d1h
nginx-deployment-66cb59b984-dc46j    1/1     Running            0          4d1h
nginx-deployment-66cb59b984-thfck    1/1     Running            0          4d1h

# 為了不影響后面的學習,切回admin賬戶
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

9.4 准入控制

通過了前面的認證和授權之后，還需要經過准入控制處理通過之后，apiserver才會處理這個請求。

准入控制是一個可配置的控制器列表，可以通過在Api-Server上通過命令行設置選擇執行哪些准入控制器：

--admission-control=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,
                      DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds

只有當所有的准入控制器都檢查通過之后，apiserver才執行該請求，否則返回拒絕。

當前可配置的Admission Control准入控制如下：

• AlwaysAdmit：允許所有請求

• AlwaysDeny：禁止所有請求，一般用於測試

• AlwaysPullImages：在啟動容器之前總去下載鏡像

• DenyExecOnPrivileged：它會攔截所有想在Privileged Container上執行命令的請求

• ImagePolicyWebhook：這個插件將允許后端的一個Webhook程序來完成admission controller的功能。

• Service Account：實現ServiceAccount實現了自動化

• SecurityContextDeny：這個插件將使用SecurityContext的Pod中的定義全部失效

• ResourceQuota：用於資源配額管理目的，觀察所有請求，確保在namespace上的配額不會超標

• LimitRanger：用於資源限制管理，作用於namespace上，確保對Pod進行資源限制

• InitialResources：為未設置資源請求與限制的Pod，根據其鏡像的歷史資源的使用情況進行設置

• NamespaceLifecycle：如果嘗試在一個不存在的namespace中創建資源對象，則該創建請求將被拒絕。當刪除一個namespace時，系統將會刪除該namespace中所有對象。

• DefaultStorageClass：為了實現共享存儲的動態供應，為未指定StorageClass或PV的PVC嘗試匹配默認的StorageClass，盡可能減少用戶在申請PVC時所需了解的后端存儲細節

• DefaultTolerationSeconds：這個插件為那些沒有設置forgiveness tolerations並具有notready:NoExecute和unreachable:NoExecute兩種taints的Pod設置默認的“容忍”時間，為5min

• PodSecurityPolicy：這個插件用於在創建或修改Pod時決定是否根據Pod的security context和可用的PodSecurityPolicy對Pod的安全策略進行控制