如何保护Kubernetes集群

2018年黑客入侵了特斯拉在亚马逊上的Kubernetes容器集群。由于该集群控制台未设置密码保护，黑客便得以在一个Kubernetes pod中获取到访问凭证，然后据此访问其网络存储桶S3，通过S3获取到了一些敏感数据，比如遥测技术，并且还在特斯拉的Kubernetes pod中进行挖矿。

黑客们潜入到了没有密码保护的Kubernetes管控台。在一个Kubernetes pod里面，盗取了Tesla的公有云环境的访问权限，而对应公有云环境中则存放着如telemetry的敏感数据。

除了裸露的数据之外，还注意到此次攻击中一些更为复杂的检测躲避手段。

首先，没有使用知名的公共“矿池”。他们安装挖矿软件，并通过恶意脚本链接上未列出/半公共端点。其次，黑客通过隐藏了矿池服务器的真实IP地址，通过该服务获得新的IP地址。因此常见标准的基于IP或域的探测很难检测到此类恶意行为。

挖矿软件监听的是非标准端口，基于端口的恶意检测也变得很困难。黑客们的挖矿软件保持“低调”，没有造成CPU使用过高，资源的占用不易被发现。

该事件只是Kubernetes漏洞利用的一个典型案例。

近年来，以Kubernetes为代表的安全编排工具让企业实现了应用的自动化部署，给企业带来了巨大的业务收益。但是，和传统环境下一样，这些部署也很容易受到黑客和内鬼的攻击和利用，Kubernetes的安全也因此成为容器使用中重点保护对象。

什么是 Kubernetes

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，最初由 Google 设计并捐赠给 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 孵化。Kubernetes 可以自动化地部署、扩展和管理容器化应用程序，并提供了许多便捷的特性，如服务发现、负载均衡、自我修复等。Kubernetes 的核心理念是将应用程序和基础设施分离，以便更快、更安全、更灵活地开发和部署云原生应用程序。

Kubernetes 的组件可以分为两大类：控制平面和数据平面。控制平面包括 Kubernetes API Server、etcd 存储、控制器管理器、调度器等，负责管理存储在 etcd 中的集群状态、决策运行环境中的容器位置、标记、限制等。数据平面包括各种节点，包括容器运行时、kubelet 守护进程、kube-proxy 代理服务器，负责维护容器的生命周期、数据流量、负载均衡等。

Kubernetes 提供了一种能够轻松创建和部署容器的方式，其灵活性和可扩展性使其成为一种非常流行的应用程序部署和管理平台。

Kubernetes的优势特点是什么

kubernetes，简称K8s，是用8代替名字中间的8个字符“ubernete”而成的缩写。是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用，Kubernetes的目标是让部署容器化的应用简单并且高效（powerful）,Kubernetes提供了应用部署，规划，更新，维护的一种机制。

传统的应用部署方式是通过插件或脚本来安装应用。这样做的缺点是应用的运行、配置、管理、所有生存周期将与当前操作系统绑定，这样做并不利于应用的升级更新/回滚等操作，当然也可以通过创建虚拟机的方式来实现某些功能，但是虚拟机非常重，并不利于可移植性。

新的方式是通过部署容器方式实现，每个容器之间互相隔离，每个容器有自己的文件系统，容器之间进程不会相互影响，能区分计算资源。相对于虚拟机，容器能快速部署，由于容器与底层设施、机器文件系统解耦的，所以它能在不同云、不同版本操作系统间进行迁移。

容器占用资源少、部署快，每个应用可以被打包成一个容器镜像，每个应用与容器间成一对一关系也使容器有更大优势，使用容器可以在build或release 的阶段，为应用创建容器镜像，因为每个应用不需要与其余的应用堆栈组合，也不依赖于生产环境基础结构，这使得从研发到测试、生产能提供一致环境。类似地，容器比虚拟机轻量、更“透明”，这更便于监控和管理。

直白的说拥有三大优势特点：

可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud）
可扩展: 模块化，插件化，可挂载，可组合
自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展

Kubernetes主要的组件

一、Master 组件

Master组件提供集群的管理控制中心。可以在集群中任何节点上运行。但是为了简单起见，通常在一台VM/机器上启动所有Master组件，并且不会在此VM/机器上运行用户容器。

kube-apiserver

kube-apiserver用于暴露Kubernetes API。任何的资源请求/调用操作都是通过kube-apiserver提供的接口进行。

ETCD

ETCD是Kubernetes提供默认的存储系统，保存所有集群数据，使用时需要为etcd数据提供备份计划。

kube-controller-manager

kube-controller-manager运行管理控制器，它们是集群中处理常规任务的后台线程。逻辑上，每个控制器是一个单独的进程，但为了降低复杂性，它们都被编译成单个二进制文件，并在单个进程中运行。这些控制器包括：

1.节点（Node）控制器。

2.副本（Replication）控制器：负责维护系统中每个副本中的pod。

3.端点（Endpoints）控制器：填充Endpoints对象（即连接Services&Pods）。

4.Service Account和Token控制器：为新的Namespace创建默认帐户访问API Token。

cloud-controller-manager

云控制器管理器负责与底层云提供商的平台交互。云控制器管理器是Kubernetes版本1.6中引入的，还是Alpha的功能。云控制器管理器仅运行云提供商特定的（controller loops）控制器循环。可以通过将--cloud-providerflag设置为external启动kube-controller-manager ，来禁用控制器循环。

kube-scheduler

kube-scheduler监视新创建没有分配到Node的Pod，为Pod选择一个Node。

插件 addons

插件（addon）是实现集群pod和Services功能的。Pod由Deployments，ReplicationController等进行管理。Namespace 插件对象是在kube-system Namespace中创建。

二、节点（Node）组件

节点组件运行在Node，提供Kubernetes运行时环境，以及维护Pod。

kubelet

kubelet是主要的节点代理，它会监视已分配给节点的pod，具体功能：

1.安装Pod所需的volume。

2.下载Pod的Secrets。

3.Pod中运行的 docker（或experimentally，rkt）容器。

4.定期执行容器健康检查。

kube-proxy

kube-proxy通过在主机上维护网络规则并执行连接转发来实现Kubernetes服务抽象。

docker

docker用于运行容器。

rkt运行容器，作为docker工具的替代方案。

supervisord

supervisord是一个轻量级的监控系统，用于保障kubelet和docker运行。

fluentd

fluentd是一个守护进程，可提供cluster-level logging.。

Kubernetes 为什么需要安全

虽然 Kubernetes 具有许多优点，但也有许多安全考虑因素必须被认真考虑。以下是 Kubernetes 安全威胁的一些例子：

（1）权限问题

一个被破坏的容器可以在多个 Pod 之间传播，导致 Kubernetes 集群的整体安全受到威胁。除非良好配置 Kubernetes 中的用户和角色，否则攻击者可能具有比他们应有的更多的权限。

（2）网络问题

由于 Kubernetes 的高度自动化性质，容易使权限分配分散并产生混乱。这种情况下，攻击者可以利用 Kubernetes 上的漏洞横向移动和扩展他们在集群中的访问级别。另外，安全的网络策略和在应用程序层面进行保护，包括服务发现和容器网络配置，保证应用程序和数据不被更容易受到攻击，也可能受到损害。

（3）控制面

如果 Kubernetes API Server 面临攻击活动，则可以修改，添加或删除集群状态，从而危及整个集群的安全性。此外，一个被攻击的 Pod 可以进行许多可能对其他 Pod 或主机产生灾难性后果的活动，例如嗅探流量并尝试修改 Pod 以增加攻击面。

（4）镜像安全问题

容器的镜像可以随时被替换，而没有办法验证该镜像的内容和完整性。因此，出现一个恶意镜像的情况下，整个特定容器中的数据和应用程序可以遭受严重威胁。

如何保障Kubernetes安全

为了最大化 Kubernetes 集群的安全性，必须了解安全性相关的最佳做法和原则。以下是几个基本的 Kubernetes 安全秘籍：

（1）配置 Kubernetes 对象的 RBAC

为保护 Kubernetes 集群，必须对在 Kubernetes 中运行的对象、Pod 和状态对象进行身份验证和授权。Kubernetes Role-Based Access Control（RBAC）为应用于 Kubernetes API 对象的最佳做法之一，以管理访问 Kubernetes API 对象的授权和权限。

（2）使用安全的容器基础映像

可以通过使用最佳安全实践来加强容器的安全性。而选择合适的基础镜像是实现此目标的重要部分，例如，只使用来自可信源的映像，尽可能减少容器中的客户端库数量。

（3）配置 Kubernetes 的网络和策略

安全的网络和防护策略可以保护 Kubernetes 集群免受威胁。通过配置网络插件实现网络隔离，并设置 Pod 和服务之间的网络策略以提高安全性。

（4）使用 Kubernetes 安全扫描器进行安全审计

使用 Kubernetes 安全扫描器可以查找到容器映像中的潜在漏洞，确保每个大容器镜像都没有安全漏洞，需要及时修复。

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