K8S-安全概念-鉴权，准入

简介

前言

我们知道，kubernetes集群中所有资源的访问和变更都是通过API Server的REST API实现的，所以集群的安全关键点就在于如何识别并认证客户端身份（认证），以及随后的访问权限（鉴权）。

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。API Server 是集群内部各个组件通信的中介，也是外部控制的入口。所以 Kubernetes 的安全机制基本就是围绕保护 API Server 来设计的。

Kubernetes 使用了认证（Authentication）、鉴权（Authorization）、准入控制（Admission Control）三步来保证API Server的安全。

Authentication-认证

集群中有两种账号：第一种是集群内部的Service Account；第二种是外部的用户账户，可能是某个运维人员或外部账号，k8s并不支持常规的个人账号，但拥有k8s集群的CA证书签名的有效证书，个人用户就可被授权访问k8s集群了。在这种情况下，证书中subject的信息"CN=bob"就被当用户名。

因此，任一k8s API的访问都属于以下三种方式之一：

1. 以证书方式访问的普通用户或进程，包括运维人员及kubectl、kubelet等进程；

2. 以Service Account方式访问集群内部服务进程；

3. 以匿名方式访问的进程。

k8s集群提供了以下用户身份验证方式：

　　1. 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 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

　　2. HTTP Base Token：通过用户名+密码的方式认证
　　　　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

　　3. 最严格的 HTTPS 证书认证：基于 CA 根证书签名的双向数字证书身份认证方式

　　4. webhook token认证：通过外部webhook服务进行认证。

　　5. OpenId Connect Token第三方认证: 通过第三方OIDC认证

　　6. Authenticating Proxy认证：通过认证代理程序进行认证

HTTPS 证书认证简介：

需要认证的节点

数字证书原理：

CA认证工作大致流程：

(1) 通信双方共同向集群CA机构申请证书；

(2) CA下方根证书、客户端证书、私钥给申请者；

(3) 客户端向服务端发起请求，服务端下发证书给客户端验证，通过私钥解密；

(4) 客户端发送证书给服务端验证证书是否合法；

(5) 客户端给服务端发送随机加密信息，并通过加密后发送给服务端，服务端计算hash值后，用私钥加密返回，客户端验证hash值继续通信；

(6) 客户端和服务端协商对称加密算法通信。

两种类型

Kubenetes 组件对 API Server 的访问：kubectl、Controller Manager、Scheduler、kubelet、kube-proxy
Kubernetes 管理的 Pod 对容器的访问：Pod（dashborad 也是以 Pod 形式运行

安全性说明

Controller Manager、Scheduler 与 API Server 在同一台机器，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，需要手动颁发

证书颁发

手动签发：通过 k8s 集群的根 ca 进行签发 HTTPS 证书，比如 kubectl，kube-proxy。
自动签发：kubelet 首次访问 API Server 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。

pod 认证使用Service Account。

kubeconfig

kubeconfig 文件包含集群参数（CA证书、API Server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

Service Account

Pod中的容器访问API Server。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

Service Account-pod认证

包含以下：

　　ca.crt:用于pod验证apiserver 发来的证书是否有效，根证书；

　　token： json web token (JWT)，用于单点认证apiserver验证pod是否合法，pod ——>ApiServer；

　　namespace：标识service-account-token的作用域空间

默认情况下，每个namespace都会有一个serviceAccount，如果pod创建时没有指定ServiceAccount，就会使用pod所属的namespace的ServiceAccount。

Secret 与 SA 的关系

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 [???pe?k] 。

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
ca.crt，根证书。用于Client端验证API Server发送的证书
namespace, 标识这个service-account-token的作用域名空间

JWT) , 是为了在网络应用环境间传递声明而执行的一种基于 JSON 的开放标准（[(RFC 7519] ).该token被设计为紧凑且安全的，特别适用于分布式站点的单点登录（SSO）场景。JWT的声明一般被用来在身份提供者和服务提供者间传递被认证的用户身份信息，以便于从资源服务器获取资源，也可以增加一些额外的其它业务逻辑所必须的声明信息，该 token 也可直接被用于认证，也可被加密>

kubectl get secret -A

]# kubectl describe secret -n linux40 default-token-x77xz
Name: default-token-x77xz
Namespace: linux40
Labels:
Annotations: kubernetes.io/service-account.name: default
kubernetes.io/service-account.uid: 2afd50a7-7afc-4ab2-a3ae-d5c312acce14

Type: kubernetes.io/service-account-token

Data
====
namespace: 7 bytes
token: eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IlQ4ZnNfQXh2WHdmN2ZIVGRma2owMjNObjlfYVpFRmlUU2xkaG1EQXdaOFUifQ.eyJpc3MiOiJrdWJlcm5ldGVzL3NlcnZpY2VhY2NvdW50Iiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9uYW1lc3BhY2UiOiJsaW51eDQwIiwia3ViZXJuZXRlcy5pby9zZXJ2aWNlYWNjb3VudC9zZWNyZXQubmFtZSI6ImRlZmF1bHQtdG9rZW4teDc3eHoiLCJrdWJlcm5ldGVzLmlvL3NlcnZpY2VhY2NvdW50L3NlcnZpY2UtYWNjb3VudC5uYW1lIjoiZGVmYXVsdCIsImt1YmVybmV0ZXMuaW8vc2VydmljZWFjY291bnQvc2VydmljZS1hY2NvdW50LnVpZCI6IjJhZmQ1MGE3LTdhZmMtNGFiMi1hM2FlLWQ1YzMxMmFjY2UxNCIsInN1YiI6InN5c3RlbTpzZXJ2aWNlYWNjb3VudDpsaW51eDQwOmRlZmF1bHQifQ.WIG5tcU2T6Z0AH--bda4Gurqnf0RZRk6JgbTJuEa95s1I00pT_PJv0VbV9BmTXPh4CAHUQFpTFplA2wptbsH3U80w1zqJXx9u-M_bNEwcYKjmXWFVRlcZpi2SQ59BBaImfrjxVZ1W0PI8VMlJ4WrE8Y4cSfjTBT6NkZvBAz_ujJtGJHLkKs7etrBVEKWyifzuGlddjMBZRHv3PkT3Nr7NDUas8-EACYPqOd6aK7DDvHMCjaexlSfq1wtCzCJxeAgrkG2ri_T2ZWgM8jHYeeW7k6Cy9CdUEwiBwvKtodVbulJkKObXGEMy76FajdCbz497F9S-9Nt3zjTj5FuGKrW9A
ca.crt: 1025 bytes

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

默认挂载目录： /run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount

鉴权

授权策略

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。API Server 目前支持以下几种授权策略（通过 API Server 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

Webhook：通过调用外部 REST 服务对用户进行授权

RBAC（Role-Based Access Control）：基于角色的访问控制，现行默认规则

RBAC 授权模式

RBAC（Role-Based Access Control）基于角色的访问控制，在 Kubernetes 1.5 中引入，现行版本成为默认标准。相对其它访问控制方式，拥有以下优势：

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 API Server。

RBAC 的 API 资源对象说明

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

假设我们有ABCD四个名称空间，1234对应每个名称空间的管理员，那么如果我们使用用户-rolebinding-role，则需要创建4个role，binding 4次；

如果创建一个cluster role授予admin权限，然后用户role binding cluster role，只需要创建5次。

请求证书

需要注意的是 Kubenetes 并不会提供用户管理，那么 User、Group、ServiceAccount 指定的用户又是从哪里来的呢？ Kubenetes 组件（kubectl、kube-proxy）或是其他自定义的用户在向 CA 申请证书时，需要提供一个证书请求文件csr

{
  "CN": "admin",       //用户名
  "hosts": [],         //不写代表所有节点IP都可以用这个证书，
  "key": {
    "algo": "rsa",     //加密算法
    "size": 2048       //加密长度
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",    //csr默认填写参数
      "ST": "HangZhou",
      "L": "XS",
      "O": "system:masters",     //用户组名称信息
      "OU": "System"
    }
  ]
}

API Server会把客户端证书的`CN`字段作为User，把`names.O`字段作为Group

kubelet 使用 TLS Bootstaping 认证时，API Server 可以使用 Bootstrap Tokens 或者 Token authentication file 验证 =token，无论哪一种，Kubenetes 都会为 token 绑定一个默认的 User 和 Group

Pod使用 ServiceAccount 认证时，service-account-token 中的 JWT 会保存 User 信息

有了用户信息，再创建一对角色/角色绑定(集群角色/集群角色绑定)资源对象，就可以完成权限绑定了

Role and ClusterRole

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；

一个角色就是一组权限的集合，默认都是permissive形式，不可以设置deny；

Role 可以定义在一个 namespace 中，如果想要跨 namespace 则可以创建 ClusterRole

Role

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: default   //限制权限作用命名空间
  name: pod-reader
rules:
apiGroups: [""]   //"" indicates the core API group   //资源对象API分组，""表示core API Group
  resources: ["pods"]     //操作对象类型，如pod，deploy，jobs等
  verbs: ["get", "watch", "list"]  //允许进行的http请求方法

ClusterRole

根据其被RoleBinding或ClusterRoleBinding绑定而定该角色拥有一个或者所有namespace的权限。

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 )

kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:     //clusterrole 不需要定义namespace，作用于全局
  name: secret-reader
rules:
apiGroups: [""]
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

]# kubectl  get clusterrole
NAME                                                                   AGE
admin                                                                  4d11h
cluster-admin                                                          4d11h
edit                                                                   4d11h
flannel                                                                4d11h
system:aggregate-to-admin                                              4d11h

]# kubectl  describe  clusterrole flannel
Name:         flannel
Labels:       
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                {"apiVersion":"rbac.authorization.k8s.io/v1","kind":"ClusterRole","metadata":{"annotations":{},"name":"flannel"},"rules":[{"apiGroups":["e...
PolicyRule:
  Resources                       Non-Resource URLs  Resource Names              Verbs
  ---------                       -----------------  --------------              -----
  pods                            []                 []                          [get]
  nodes                           []                 []                          [list watch]
  nodes/status                    []                 []                          [patch]
  podsecuritypolicies.extensions  []                 [psp.flannel.unprivileged]  [use]

RoleBinding and ClusterRoleBinding

角色绑定或集群角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标主体上，绑定目标可以是user，group，Service Account;

RoloBinding 同样包含对被 Bind 的 Role 引用；

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

将 default 命名空间的 `pod-reader` Role 授予 jane 用户，此后 jane 用户在 default 命名空间中将具有 `pod-reader` 的权限

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:        
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
kind: User
  name: jane   //用户名
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role   //绑定类型
  name: pod-reader   //绑定role名称，那么jane就拥有role：default名称空间下pod读权限
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

RoleBinding ClusterRole

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 中重复使用 RoleBinding；

例如，以下 RoleBinding 引用了一个 ClusterRole，这个 ClusterRole 具有整个集群内对 secrets 的访问权限；但是其授权用户 `dave` 只能访问 development 空间中的 secrets(因为 RoleBinding 定义在 development 命名空间)

# This role binding allows "dave" to read secrets in the "development" namespace.
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: dev //dave用户只有在dev名称空间下查看secret的权限
subjects:
kind: User
  name: dave
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

ClusterRoleBinding

clusterrolebinding 引用的角色只能是clusterrole，而不能是某个名称空间的role；

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 进行访问

# This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in any namespace.
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  name: read-secrets-global
subjects:
kind: Group   //组绑定
  name: manager  //指定组名称，只要在这个组下面，就拥有权限
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

注意事项：一旦rolebinding或clusterrolebinding与某个role或clusterrole绑定，就不能再修改与之绑定（绑定关系）的role或clusterrole了；若想修改只能删除rolebinding或cluserrolebinding，才可以修改role或clusterrole

kubernetes限制roleRef字段内容不可更改，主要有以下两个原因：

从逻辑上来说，与一个新的role进行绑定实际上是一次全新的授权操作。通过删除或重建的方式更改绑定的role，可以确保给主体授予新角色的权限；

使roleRef不变，可以授予某个用户对现有对象（binding object）的更新权限，以便其管理授权主体object，同时禁止更改角色中的权限设置。

Resources

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 样例如下

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/v1beta1
metadata:
  namespace: default
  name: pod-and-pod-logs-reader
rules:
apiGroups: [""]
  resources: ["pods", "pods/log"]   //只能看这个namespace的pod和pod log的list和get权限
  verbs: ["get", "list"]

ResourceName

仅设置资源对象的名称，作用范围将是此类对象的所有实例，如果希望只授权某种资源对象中的特定实例，可以通过资源对象的实例名称（ResouceName）进行设置

例如下面设置了一个主体只能对my-concofmap的configmap进行get，list和update操作，而不能进行其他操作。

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1
metadata:
  namespace: default
  name: configmap-update
rules:
apiGroups: [""]
  resources: ["configmap"]
  resourceName: ["my-configmap"]
  verbs: ["get", "update"]

Subjects

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 “wangyanglinux@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

实践：创建一个用户只能管理 dev 空间

kubeconfig

问题：如何创建一个用户，他只能管理他名称空间下的资源，同时限制使用集权资源大小？

生成签名证书，并且封装为kubeconfig

{
  "CN": "devuser",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
      "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",      //组名称
      "OU": "System"
    }
  ]
}

kubernetes根证书路径

/etc/kubernetes/pki

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

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 /root/devuser-csr.json | cfssljson -bare devuser

设置集群参数

export KUBE_APISERVER="https://172.20.0.113:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/ssl/ca.pem \
--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=/etc/kubernetes/ssl/devuser.pem \
--client-key=/etc/kubernetes/ssl/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
cp -f ./devuser.kubeconfig /root/.kube/config

绑定

kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=devuser --namespace=dev

linux创建普通用户

然后通过linux用户管理特性，将kubeconfig文件放在linux子用户的家目录，这个子用户一登录就只能管理kubeconfig指定的namespace下的资源。

准入控制 AdmissionControl

AdmissionControl配备了一个准入控制器的插件列表，发送给API Server的任何请求都需要通过列表的每个准入控制器的检查，检查不通过，API Server就会拒绝此调用请求。

列举几个插件的功能：

NamespaceLifecycle：防止在不存在的 namespace 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。

k8s

K8S-安全概念-鉴权，准入

简介

前言

Authentication-认证

HTTPS 证书认证简介：

需要认证的节点

安全性说明

证书颁发

kubeconfig

Service Account

Secret 与 SA 的关系

鉴权

授权策略

RBAC 授权模式

RBAC 的 API 资源对象说明

请求证书

Role and ClusterRole

Role

ClusterRole

RoleBinding and ClusterRoleBinding

RoleBinding ClusterRole

ClusterRoleBinding

Resources

ResourceName

Subjects

实践：创建一个用户只能管理 dev 空间

kubeconfig

生成签名证书，并且封装为kubeconfig

kubernetes根证书路径

下载证书生成工具

设置集群参数

设置客户端认证参数

设置上下文参数

设置默认上下文

绑定

linux创建普通用户

准入控制 AdmissionControl

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