本章节主要介绍Kubernetes的安全认证机制。

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访问控制概述

​ 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。所谓的安全性其实就是保证对Kubernetes的各种客户端进行认证和鉴权操作。

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。

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。

认证管理

Kubernetes集群安全的最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

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      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

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      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

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      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

授权管理

​ 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。

API Server目前支持以下几种授权策略:

  • 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)

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

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

Role、ClusterRole

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)。

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# Role只能对命名空间内的资源进行授权,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
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# 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
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
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

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    "","apps", "autoscaling", "batch"
    
  • resources:支持的资源对象列表

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    "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

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

RoleBinding、ClusterRoleBinding

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。

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# 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
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
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# 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
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。

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    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。
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# 虽然authorization-clusterrole是一个集群角色,但是因为使用了RoleBinding
# 所以heima只能读取dev命名空间中的资源
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

实战:创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号

  1. 创建账号
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# 1) 创建证书
[root@master pki]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@master pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)

# 2) 用apiserver的证书去签署
# 2-1) 签名申请,申请的用户是devman,组是devgroup
[root@master pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"     
# 2-2) 签署证书
[root@master pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650

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

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

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

# 切换账户到devman
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 查看dev下pod,发现没有权限
[root@master 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"

# 切换到admin账户
[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

2) 创建Role和RoleBinding,为devman用户授权

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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
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[root@master pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created
  1. 切换账户,再次验证
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# 切换账户到devman
[root@master pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 再次查看
[root@master 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

# 为了不影响后面的学习,切回admin账户
[root@master pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

准入控制

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:

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--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。

当前可配置的Admission Control准入控制如下:

  • 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

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参考

  1. 以上笔记来自于黑马视频课程整理.
  2. 视频入口:https://www.bilibili.com/video/BV1cK4y1L7Am

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