【Kubernetes】k8s--安全机制

机制说明

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。
比如 kubectl 如果想向 API Server 请求资源，需要过三关，第一关是认证（Authentication），第二关是鉴权（Authorization），第三关是准入控制（Admission Control），只有通过这三关才可能会被 K8S 创建资源。

认证：识别用户身份

鉴权：对用户进行权限，操作权限等

准入控制：判断认证和鉴权这两个条件是否符合；符合通过，不符合则拒绝

一、认证（Authentication）

是对客户端的认证，通俗点就是用户名密码验证

这是安全机制的第一道防线。它负责确认请求者的身份。

三种认证方式

●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 Token 字符串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。

●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，服务端收到后进行解码，获取用户名及密码。

●HTTPS 证书认证（最严格）：基于 CA 根证书签名的客户端身份认证方式。

#注：Token 认证和 Base 认证方式只能进行服务端对客户端的单向认证，而客户端不知道服务端是否合法；而 HTTPS 证书认证方式则可以实现双向认证。

token

用户发送用户名和密码登录；

服务端收到后返回一个Token给客户端；

客户端带着token去访问服务端;

服务端返回需要的信息

BASIC 认证

401：未授权

WWW-Authenticate：头部里面放的用户名和密码

HTTPS证书认证

双向认证

（1）需要被认证的访问类型

●Kubernetes 组件对 API Server 的访问：kubectl、kubelet、kube-proxy
●Kubernetes 管理的 Pod 对 API Server 的访问：Pod（coredns,dashborad 也是以 Pod 形式运行）

（2）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（比如 8080 端口）
●kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证，端口号使用 6443

（3）证书颁发：

●手动签发：使用二进制部署时，需要先手动跟 CA 进行签发 HTTPS 证书
●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

（4）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 上下文参数（集群名称、用户名）。Kubenetes 组件（如 kubelet、kube-proxy）通过启动时指定不同的 kubeconfig 文件可以切换到不同的集群，连接到 apiserver。

也就是说 kubeconfig 文件既是一个集群的描述，也是集群认证信息的填充。包含了集群的访问方式和认证信息。kubectl 文件默认位于 ~/.kube/config

（5）Service Account

只读不可写

Service Account是为了方便 Pod 中的容器访问API Server。因为 Pod 的创建、销毁是动态的，所以要为每一个 Pod 手动生成证书就不可行了。 Kubenetes 使用了 Service Account 来循环认证，从而解决了 Pod 访问API Server的认证问题。

（6）Secret 与 SA 的关系

Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret，分为两类：

●用于保存 ServiceAccount 的 service-account-token
●用于保存用户自定义保密信息的 Opaque

kubeconfig在k8s中的路径？

k8s遇到的问题？k8s证书过期，还有etcd瘫痪，导致数据丢失

Secret 用在什么地方？

Service Account (服务账户)中包含三个部分

每个pod都存在这三个文件，用于与API server通信

●Token：是使用 API Server 私钥签名的 Token 字符串序列号，用于访问 API Server 时，Server 端认证
●ca.crt：ca 根证书，用于 Client 端验证 API Server 发送来的证书
●namespace：标识这个 service-account-token 的作用域名空间

默认情况下，每个 namespace 都会有一个 Service Account，如果 Pod 在创建时没有指定 Service Account，就会使用 Pod 所属的 namespace 的 Service Account。每个 Pod 在创建后都会自动设置 spec.serviceAccount 为 default（除非指定了其他 Service Account）

查看服务账户

kubectl get sa

每个 Pod 启动后都会挂载该 ServiceAccount 的 Token、ca.crt、namespace 到 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/

kubectl get pod -n kube-system

#进入一个pod
kubectl exec -it -n kube-system kube-proxy-52mtq
#查看挂载的令牌、证书和命名空间
ls /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/

exit

鉴权（Authorization）

之前的认证（Authentication）过程，只是确定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：允许接受所有请求，如果集群不需要授权流程，则可以采用该策略，一般用于测试

●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。也就是说定义一个访问类型的属性，用户可以使用这个属性访问对应的资源。此方式设置较为繁琐，每次设置需要定义一长串的属性才可以。
设置权限是一对一的，当用户多时会很麻烦；生效需要重启APIserver，所以不用

●Webhook：通过调用外部 REST 服务对用户进行授权，即可在集群外部对K8S进行鉴权

●RBAC（Role-Based Access Control）：基于角色的访问控制；k8s自1.6版本后，默认使用的规则

RBAC相比其他访问控制方式的优势

●对集群中的资源（Pod，Deployment，Service）和非资源（元信息或者资源状态）均拥有完整的覆盖
●整个RBAC 完全由几个API资源对象完成，同其他API 资源对象一样，可以使用kubectl或API进行操作
●可以在运行时进行调整，无需重启API server；而ABAC 需要重启API Server

RBAC的 API 资源对象说明（4种）

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 Server 操作

官方文档：https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/rbac/

角色

Role：授权指定命名空间的资源控制权限
ClusterRole：可以授权所有命名空间的资源控制权限

#如果使用 RoleBinding 绑定 ClusterRole，仍会受到命名空间的影响；
#如果使用 ClusterRoleBinding 绑定 ClusterRole，将会作用于整个 K8S 集群

角色绑定

RoleBingding：将角色绑定到主体上（即subject）
ClusterRoleBingding：将集群角色绑定到主体上

主体

User：用户
Group：用户组
ServiceAccount：服务账号

#User 使用字符串表示，它的前缀 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；Group 书写格式与 User 相同，同样 system: 前缀也为系统保留。
#Pod使用 ServiceAccount 认证时，service-account-token 中的 JWT 会保存用户信息。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，权限只能增加（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。也就是说只有白名单权限，而没有黑名单权限的概念。

Role 只能定义在一个 namespace 中，如果想要跨 namespace 则可以创建 ClusterRole，也就是说定义 ClusterRole 不需要绑定 namespace。

Roler：受命名空间影响，只能在某一个命名空间有效
Cluster：在所有命名空间有效
RoleBinding：受命名空间的影响，只能在某一个命名空间中和Role或者ClusterRole绑定
CLusterROleBinding：只能引用ClusterRole来绑定账户的所有命名空间，具有相关资源的操作权限

Role 示例

#指定 core API 组和版本
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
#指定类型为 Role
kind: Role
metadata:
  #使用默认命名空间 
  namespace: default
  #Role 的名称
  name: pod-reader
#定义规则
rules:
  #""表示 apiGroups 和 apiVersion 使用相同的 core API 组，即 rbac.authorization.k8s.io
- apiGroups: [""]
  #资源对象为 Pod 类型
  resources: ["pods"]
  #被授予的操作权限
  verbs: ["get", "watch", "list"]

#上面是一个Kubernetes的Role资源定义，用于指定core API group和版本，以及定义权限规则

#以上配置的意义是，如果把 pod-reader 这个 Role 赋予给一个用户，那么这个用户将在 default 命名空间中具有对 Pod 资源对象进行 get（获取）、watch（监听）、list（列出）这三个操作权限。

core API group包含了以下资源：

●Pods：代表集群中的最小部署单元，可以包含一个或多个容器。

●ReplicationControllers：用于确保Pod的副本数符合预期。

●Services：定义了如何访问Pods。

●PersistentVolumes：持久化存储卷，可以被Pods使用。

●PersistentVolumeClaims：声明对PersistentVolumes的需求。

●ConfigMaps：用于存储配置数据，如键值对。

●Secrets：用于存储敏感信息，如密码和令牌。

●Namespaces：用于组织集群中的资源，例如，不同团队可以有不同的命名空间。

●Node：表示集群中的节点。

●Nodes：表示集群中的节点列表

ClusterRole示例

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  # "namespace" 被忽略，因为 ClusterRoles 不受命名空间限制
  name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  #资源对象为 Secret 类型
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

提供的 ClusterRole 示例定义了一个名为 secret-reader 的集群角色，这个角色授予了对 Kubernetes Secret 资源的读取（get）、观察（watch）和列出（list）权限。由于这是一个 ClusterRole，这些权限将适用于整个 Kubernetes 集群中的所有命名空间，而不仅仅是单个命名空间。

这里是对 ClusterRole 示例的详细解释：

●apiVersion：指定了 Kubernetes API 的版本，这里使用的是 rbac.authorization.k8s.io/v1，这是 RBAC API 的稳定版本。
●kind：指定了资源类型，这里是 ClusterRole。
●metadata：包含了资源的元数据，如名称（name）。对于 ClusterRole，namespace 字段被忽略，因为它不适用于集群级别的资源。
●rules：定义了角色的权限规则。每个规则包含以下部分：
●apiGroups：指定了 API 组，"" 表示核心 API 组。
●resources：指定了资源类型，这里为 "secrets"，即 Secret 资源。
●verbs：指定了允许的操作，这里是 "get"、"watch" 和 "list"

RoleBinding and ClusterRoleBinding

RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组，RoleBinding 包含一组主体(subject)，
subject 中包含有不同形式的待授予权限资源类型（User、Group、ServiceAccount）；
RoloBinding 同样包含对被绑定的 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

RoleBinding 示例1:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: zhangsan
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

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

RoleBinding 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内 User、Group 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

RoleBingding 示例2：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: kube-public
subjects:
- kind: User
  name: lisi
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

#以上 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 lisi 只能访问 kube-public 空间中的 secrets（因为 RoleBinding 定义在 kube-public 命名空间）

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

ClusterRoleBinding 示例：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
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

#以上 ClusterRoleBinding 授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问

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 log 资源就属于 pods 的子资源，API 中对 Pod 日志的请求 URL 样例如下：

GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/log

#在这里，pods 对应名字空间作用域的 Pod 资源，而 log 是 pods 的子资源。
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 / 分隔符来分隔资源和子资源实现。
#以下是一个定义允许某主体读取 pods 同时访问这些 Pod 的 log 子资源的 Role 定义样例：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod-and-pod-logs-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods", "pods/log"]
  verbs: ["get", "list"]

#rules.verbs有："get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
#rules.resources有："services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
#rules.apiGroups有："","apps", "autoscaling", "batch"

curl -X 命令

从外部获取k8s中 pod的信息

准入控制（Admission Control）

准入控制是 API Server 的一个准入控制器插件列表，通过添加不同的插件，实现额外的准入控制规则。发送到 API Server 的请求都需要经过这个列表中的每个准入控制器插件的检查，检查不通过，则拒绝请求。
一般建议直接采用官方默认的准入控制器。

官方准入控制器推荐列表（不同版本各有不同）：NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,NodeRestriction

这里列举几个插件的功能：

●NamespaceLifecycle：用于命名空间回收，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：用于配额管理，确保请求的资源不会超过资源所在 Namespace 的 LimitRange 的限制。
●ServiceAccount：用于在每个 Pod 中自动化添加 ServiceAccount，方便访问 API Server。
●ResourceQuota：基于命名空间的高级配额管理，确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota 限制。
●NodeRestriction：用于 Node 加入到 K8S 群集中以最小权限运行。

官方文档参考：
https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/

实践：创建一个用户只能管理指定的命名空间

创建用户

useradd -m monor
passwd monor

#设置密码

使用这个用户进行资源操作，会发现连接 API Server 时被拒绝访问请求

su - monor

kubectl get pods

创建证书和 kubeconfig 文件

#创建用于用户连接到 API Server 所需的证书和 kubeconfig 文件
#上传证书生成工具 cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo 到 /usr/local/bin 目录中

cd /usr/local/bin/
#上传cfssl、cfssljson、cfssl-certinfo证书生成工具

#添加执行权限
chmod +x /usr/local/bin/*
ls

mkdir /opt/monor
cd /opt/monor
vim user-cert.sh

cat > monor-csr.json <<EOF
{
  "CN": "monor",
  "hosts": [],
  "key": {
    "algo": "rsa",
    "size": 2048
  },
  "names": [
    {
      "C": "CN",
          "ST": "BeiJing",
      "L": "BeiJing",
      "O": "k8s",
          "OU": "System"
    }
  ]
}
EOF

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

chmod +x user-cert.sh

./user-cert.sh
ls

cd /etc/kubernetes/pki/
#使用cfssl工具生成一个证书
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/monor/monor-csr.json | cfssljson -bare monor

#/etc/kubernetes/pki/ 目录中会生成 monor-key.pem、monor.pem、monor.csr

cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/monor/monor-csr.json | cfssljson -bare monor

表示使用cfssl工具生成一个证书

●-ca=ca.crt：指定一个已存在的CA证书，用于签发新证书。

●-ca-key=ca.key：指定与CA证书关联的私钥。

●-profile=kubernetes：指定一个配置文件，其中包含了用于生成证书的配置。这个配置文件通常包含证书的OIDC、Kubernetes ServiceAccount等选项。

●/opt/monor/monor-csr.json：指定一个CSR（证书签名请求）文件，这个文件包含了生成证书所需的信息，如CN（Common Name）、O（Organization）等。

●cfssljson -bare monor：将生成的证书和私钥保存为PEM格式的文件

cd /opt/monor/
ls
vim rbac-kubeconfig.sh

APISERVER=$1
# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
  --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
  --embed-certs=true \
  --server=${KUBE_APISERVER} \
  --kubeconfig=monor.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials monor \
  --client-key=/etc/kubernetes/pki/monor-key.pem \
  --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/monor.pem \
  --embed-certs=true \
  --kubeconfig=monor.kubeconfig

# 设置上下文参数
kubectl config set-context kubernetes \
  --cluster=kubernetes \
  --user=monor \
  --namespace=test \
  --kubeconfig=monor.kubeconfig

# 使用上下文参数生成 monor.kubeconfig 文件
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=monor.kubeconfig

#创建test命名空间
kubectl create ns test
#添加执行权限
chmod +x rbac-kubeconfig.sh
#执行脚本
./rbac-kubeconfig.sh 192.168.67.30
ls

查看证书

cat monor.kubeconfig

mkdir /home/monor/.kube

cp monor.kubeconfig /home/monor/.kube/config
ls /home/monor/.kube/

#修改属主和属组为monor用户
chown -R monor:monor /home/monor/.kube/
ll /home/monor/.kube/

RBAC授权

查看帮助，编写Role的yaml文件

kubectl explain Role

kubectl explain RoleBinding

cd /opt/monor/
vim rbac.yaml

#执行yaml文件，创建资源
kubectl apply -f rbac.yaml

#列出指定 test 命名空间中所有的 Role 和 RoleBinding 资源
kubectl get role,rolebinding -n test

切换用户，测试操作权限

su - monor
#注意 monor 用户只在自己的家目录有权限，因此无法在根目录下创建文件
vim pod-test.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: pod-monor
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx

kubectl create -f pod-test.yaml
kubectl get pod -o wide

报错：kubectl无法连接到 Kubernetes 集群

解决：执行rbac-kubeconfig.sh文件时后面要添加本机ip

访问 svc 资源就会被拒绝

#验证权限设置，尝试获取service信息
kubectl get svc

#也无法访问 default 命名空间
kubectl get pod -n default
kubectl get svc -n default

使用 root 用户查看

kubectl get pods --all-namespaces -o wide
#可以看到pod-monor角色绑定在test命名空间上

#由此可以看出 RoleBinding 的用户只能管理指定的命名空间中的资源

也可以通过绑定 admin 角色来获得管理员权限

kubectl create rolebinding monor-admin-bingding --clusterrole=admin --user=monor --namespace=test

表示为名为 monor 的用户在 test 命名空间中创建一个角色绑定，并将该用户赋予 admin 集群角色的权限。

通过这个角色绑定，用户 monor 将获得在 test 命名空间中拥有管理员权限的能力

su - monor
kubectl get svc

让monor普通用户创建service并查看

kubectl get pod
#添加标签并查看
kubectl label pod pod-monor run=monor
kubectl get pod pod-monor --show-labels

#创建上述pod的service并查看
kubectl expose pod pod-monor --port=80 --target-port=80 --type=ClusterIP --name=svc-monor
kubectl get svc

授权普通用户可以操作k8s资源的流程

如果想让普通用户能够接入 pod、service、configMap、secret等k8s集群相关资源的权限怎么做？

1.创建service account 或者用户

2.做认证；token/证书认证
① service account 会自动生成service account token 的secret 资源
②用户需要创建证书，使用cfssl 等工具通过CA证书和公钥文件生成证书和私钥，使用CA证书和私钥文件创建kubeconfig 配置文件，把kubeconfig 配置文件导入自动的家目录中（./kube/config 文件中）

3.做RBAC鉴权 RoleClusterRole 创建角色，赋予资源的操作权限，RoleBinding、ClusterRoleBinding 把用户(主体)和角色绑定

此后pod 或者用户对有相关命名空间中的相关资源的具有了操作权限