Kubernetes---安全认证

⒈机制说明

⒉Authentication（认证）

　　1.分类

　　　　1.HTTP Token认证:通过一个Token（字符串）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宇符串，每个Token 对应一个用户名存储在 AP| 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认证:通过用户名+密码的方式认证

　　　　用户名+:+密码用 BASE64 算法进行编码后的宇符串放在 HTTP Request 中的 HeatherAuthorization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根证书签名的客户端身份认证方式

　　　　首先签署一个CA根证书，所有节点的证书都是以这个根证书所签发出来的子证书，并且是HTTPS的双向认证。

　　2.K8S中需要认证的节点

　　　　两种类型：

　　　　　　1.Kubenetes 组件对API Server的访问: kubectl、 Controller Manager、Scheduler、 kubelet、kube-proxy

　　　　　　2.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：

　　　　　　1.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，防止不必要的性能消耗

　　　　　　2.kubectl、 kubelet、 kube-proxy访问API Server 就都需要证书进行HTTPS 双向认证

　　　　证书颁发:

　　　　　　1.手动签发:通过k8s 集群的跟ca 进行签发HTTPS 证书

　　　　　　2.自动签发:kubelet 首次访问API Server时，使用token 做认证，通过后，Contrller Manager 会为kubelet 生成一个证书，以后的访问都是用证书做认证了

　　3.kubeconfig

　　kubeconfig文件包含集群参数 (CA证书、API Server地)，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

　　4.ServiceAccount

　　Pod中的容器访问APServer。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

　　5.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.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

kubectl get secret --all-namespaces
kubectl describe secret default-token-5gm9r --namespace=kube-system

　　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/

　　6.总结

⒊Authorization（鉴权）

　　1.介绍

　　　　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APIServer 的启动参数“--authorization-mode”设置)

　　　　1.AlwaysDeny:表示拒绝所有的请求，一般用于测试

　　　　2.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

　　　　3.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

　　　　4.Webbook:通过调用外部REST服务对用户进行授权

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

　　2.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:

　　　　1.对集群中的资源和非资源均拥有完整的覆盖

　　　　2.整个RBAC完全由几个API对象完成，同其它API对象一样，可以用kubect 或API进行操作

　　　　3.可以在运行时进行调整，无需重启 API Server

　　　　①RBAC 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

　　　　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

{
    "CN": "admin",
    "hosts": [],
    "key":{
        "algo": "rsa",
        "size": 2048
    },
    "names":[
        {
            "C": "CN",
            "ST":"TianJin",
            "L": "TJ",
            "O": "system:masters",
            "OU": "System"
        }
    ]
}

　　　　API Server会把客户端证书的CN 字段作为User，把 names.0 字段作为Group

　　　　kubelet 使用TLS Bootstaping 认证时，API Server 可以使用Bootstrap Tokens 或者 Token authenticationfile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

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

kind: Role 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
metadata:
  namespace: default 
  name: pod-reader 
rules:
- apiGroups: [""] # "" indicates the core API group 
  resources: ["pods"] 
  verbs: ["get", "watch", "list"]

　　　　ClusterRole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，CusterRole可以用于:
　　　　　　1.集群级别的资源控制(例如 node访问权限)

　　　　　　2.非资源型endpoints( 例如 /healthz 访问)

　　　　　　3.所有命名空间资源控制(例如 pods )

kind: ClusterRole 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1beta1 
metadata:
  #"namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced 
  name: secret-reader 
rules:
- apiGroups: [""] 
  resources: ["secrets"] 
  verbs: ["get","watch","list"]

　　4.RoleBinding and ClusterRoleBinding

　　RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组，RoleBinding包含一组权限列表(subjects)，权限列表中包含有不同形式的待授予权限资源类型(users,groups,or service accounts); Ro|oBinding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 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
roleRef:
  kind: Role 
  name: pod-reader 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　　　RoleBinding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中使用RoleBinding来引用

　　　　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2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: development # This only grants permissions within the "devel]opment" namespace.
subjects:
- kind: User 
  name: dave 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
roleRef:
  kind: ClusterRole 
  name: secret-reader 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　　　使用ClusterRoleBinding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 
name: manager 
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
roleRef:
  kind: ClusterRole 
  name: secret-reader 
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　5.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AP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，AP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/log"] 
verbs: ["get", "list"]

　　6.to 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emai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

　　7. 实践:创建一个用户只能管理dev空间

{
    "CN": "devuser",
    "hosts": [],
    "key":{
        "algo":"rsa",
        "size":2048
    },
    "": [
        {
            "C":"CN",
            "ST":"Tianjin",
            "L":"Tianjin",
            "O":"k8s",
            "OU":"System",
        }
    ]
}

# 下载证书生成工具 
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfss1_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.crt --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 

#创建命名空间
kubectl create namespace dev

#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 

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

　　8.准入控制

　　　　准入控制是AP| Server的插件集合，通过添加不同的插件，实现额外的准入控制规则。甚至于APl|Server的一些主要的功能都需要通过Admission Controllers 实现，比如 ServiceAccount官方文档上有一份针对不同版本的准入控制器推荐列表，其中最新的1.14的推荐列表是:

NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds ,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota

　　　　列举几个插件的功能:
　　　　　　1.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。
　　　　　　2.LimitRanger:确保请求的资源不会超过资源所在Namespace 的 LimitRange的限制。
　　　　　　3.ServiceAccount:实现了自动化添加 ServiceAccount.
　　　　　　4.ResourceQuota:确保请求的资源不会超过资源的ResourceQuota限制。

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