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Kubernetes安全之认证与授权
2023-06-06 07:35:16
所属地 香港

背景

随着云计算和微服务架构的普及,容器技术已经成为了企业和开发者构建、部署和管理应用程序的首选方案。Kubernetes作为一个开源的容器编排平台,已经成为了容器化应用程序的事实标准。然而,随着Kubernetes在生产环境中的广泛应用,安全问题也日益凸显,这些安全事件给企业和开发者带来了巨大的损失,也使得Kubernetes安全成为了业界关注的焦点。本文将探讨Kubernetes安全中的认证和授权,为相关研究和实践提供参考。

Kubernetes介绍

Kubernetes是一款开源的容器编排系统,能够自动化地部署、扩展和管理容器化的应用程序。它最初由Google设计和开发,现在由Cloud Native Computing Foundation (CNCF)维护。

Kubernetes最初由Google设计和开发。Google内部的Borg系统启发了Kubernetes的设计,并帮助Google处理了数百万个容器实例的管理。Kubernetes项目于2014年6月正式发布,当时的版本为v0.1。自那以后,Kubernetes不断发展壮大,成为了一个成熟的、开源的容器编排系统,广泛应用于企业的生产环境中。现在,Kubernetes由Cloud Native Computing Foundation (CNCF)维护,成为了CNCF的毕业项目之一。

Kubernetes的目标和优势

Kubernetes的目标是帮助企业更好地管理和协调容器化的应用程序。通过使用Kubernetes,运维人员和开发人员可以更快速、更可靠地部署和运行容器化的应用程序。它提供了一系列的API和工具,可以自动化地处理容器的部署、扩展、负载均衡、网络、存储和安全等方面的问题。同时,Kubernetes可以支持多种容器运行时,如Docker、rkt等。

Kubernetes的优势包括:

  • 自动化:Kubernetes可以自动进行容器的部署、扩展、负载均衡、网络、存储和安全等方面的管理,从而减轻了运维人员的工作量。

  • 可伸缩性:Kubernetes可以轻松地扩展应用程序的规模和资源,从而满足不同的业务需求。

  • 可靠性:Kubernetes可以自动化地处理容器的故障恢复和负载均衡,从而保证应用程序的高可用性。

  • 安全性:Kubernetes提供了多种安全措施,如身份验证、授权、加密和网络隔离等,从而保护容器化应用程序和数据的安全。

  • 灵活性:Kubernetes支持多种云平台和部署环境,如公有云、私有云和混合云等,从而满足不同的业务需求。

Kubernetes相关概念

node介绍

在Kubernetes集群中,node是一个关键概念,它为运行容器和部署应用程序提供必需的资源和环境。通过使用node,能够更加高效地管理集群内的容器化应用程序。node可以部署在同一台物理机器上,也可以部署在不同的物理机器上,实现高可用性和负载均衡。

Kubernetes的整体架构由Master节点和Worker节点组成。Master节点作为集群的控制中心,负责管理整个集群的状态,以及应用程序的部署、伸缩、升级和运维等任务。而Worker节点则承担着运行应用程序的职责,负责运行容器并提供应用程序服务。

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在Kubernetes集群中,Master节点主要包括以下几个组件:

  • API Server:提供Kubernetes集群API,涵盖容器的创建、伸缩、升级、删除等操作。

  • etcd:负责Kubernetes集群数据存储,包括集群状态、应用程序配置和服务发现等。

  • Controller Manager:管理集群内的控制器,如Replication Controller、Deployment Controller和Namespace Controller等。

  • Scheduler:为新的Pod选择合适的Worker节点以进行运行。

在Kubernetes集群中,Master节点的API Server、etcd、Controller Manager和Scheduler四个组件相互协作,共同维护和管理集群的状态。API Server作为集群的前端,负责处理用户请求和与其他组件通信;etcd负责存储集群的状态信息;Controller Manager负责管理控制器,确保集群的实际状态与期望状态一致;Scheduler负责为新创建的Pod选择合适的节点进行部署。这四个组件共同构成了Kubernetes集群的核心架构。

而Worker节点则包括以下组件:

  • kubelet:管理节点上的容器,包括容器的创建、删除、伸缩等操作。

  • kube-proxy:管理节点上的网络,包括为Pod分配IP地址、实现网络转发等。

  • Container Runtime:负责运行容器的软件,例如Docker、rkt等。

Kubelet、kube-proxy和Container Runtime是Worker节点上的三个关键组件。Kubelet负责与Master节点通信并管理容器的生命周期,kube-proxy负责实现服务发现和负载均衡,而Container Runtime则负责实际运行容器。这三者共同协作,确保Kubernetes集群中的容器化应用能够高效、稳定地运行。

Master节点与Worker节点之间的通信至关重要,它使得Kubernetes集群中的各个组件能够协同工作。在Kubernetes架构中,Master节点和Worker节点可以部署在同一台物理机器上,也可以部署在不同的物理机器上,以实现高可用性和负载均衡。

Kubernetes还包含一些其他组件,如Ingress Controller和Service Mesh等,它们为Kubernetes集群提供更高级的功能和服务。

pod介绍

Pod是Kubernetes核心概念之一,提供容器间通信、数据共享和资源隔离机制。当需要运行容器时,Kubernetes调度器创建Pod,分配给可用的Worker节点。在该节点上,kubelet运行Pod中的容器,kube-proxy确保Pod访问正确的服务和资源。

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Pod旨在支持多个容器协同工作,如一个Web应用可能需Nginx容器处理网络请求,node.js容器处理应用逻辑。两个容器组成一个Pod,共享网络和存储资源。Pod内容器共享网络命名空间和存储卷,轻松相互通信和共享数据。每个容器在Pod中运行独立应用程序或服务,拥有独立生命周期。

Pod是临时、短暂存在的实体。容器故障或需升级时,删除Pod,创建新Pod替代。Kubernetes确保新Pod中的容器保留旧Pod数据和状态,确保应用程序高可用性和灵活性,满足企业需求。

namespace介绍

在Kubernetes中,Namespace是一种虚拟的集群划分方式,用于将一个物理集群划分为多个逻辑集群。每个Namespace都具有自己的资源限制和授权策略,可以用来隔离不同的应用程序或用户。通过使用Namespace,企业可以更好地管理Kubernetes集群中的应用程序和资源。例如,可以为不同的团队或部门分配不同的Namespace,实现资源隔离和授权控制。

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Kubernetes默认提供三个Namespace:default、kube-system和kube-public。default Namespace用于存放应用程序的默认资源,kube-system Namespace用于存放Kubernetes系统的资源,kube-public Namespace用于存放公共资源。除此之外,用户还可以创建自己的Namespace,用于存放特定的应用程序和资源。

Namespace中可以创建各种Kubernetes资源,如Pod、Service、Volume等。这些资源只能在同一Namespace中使用,不能跨Namespace使用。例如,一个Pod只能访问同一Namespace中的其他Pod和Service,不能访问其他Namespace中的资源。这样可以确保资源的隔离和安全性。

Namespace和Node

Node和Namespace是相互独立的概念,它们在Kubernetes集群中扮演着不同的角色。Node关注的是集群的物理层面,如服务器、网络等,而Namespace关注的是集群的逻辑层面,如资源隔离、权限控制等。Node和Namespace之间没有直接的关联关系。一个Node可以运行属于不同Namespace的Pods,而一个Namespace中的资源可以分布在多个Node上。换句话说,Namespace的划分不受Node的限制,它们可以跨越整个集群。

尽管Node和Namespace之间没有直接关联,但它们在Kubernetes集群中共同协作,共同支持容器化应用程序的运行。例如,当在某个Namespace中创建一个新的Deployment时,Kubernetes会根据集群的资源情况,自动选择合适的Node来运行相应的Pods。

总之,Node和Namespace在Kubernetes中是两个独立但互相协作的概念。Node负责提供集群的计算、存储和网络资源,而Namespace负责在逻辑层面上对集群资源进行划分和管理。它们共同构成了Kubernetes集群的基础架构,支持容器化应用程序的高效运行。

Kubernetes namespace和linux内核 namespace

Kubernetes命名空间与Linux操作系统命名空间在概念上具有相似性,但在实际应用中所扮演的角色有所不同。Kubernetes命名空间主要关注集群内资源和对象的逻辑隔离,而Linux操作系统命名空间则关注在内核级别实现资源隔离。可以将这两者视为在不同层次上实现资源隔离的技术。

Kubernetes中的Pod与Linux操作系统命名空间之间存在联系,主要体现在Pod的底层实现。在Kubernetes中,Pod的创建和管理依赖于容器技术,如Docker或rkt。这些容器技术利用Linux操作系统命名空间为每个容器提供隔离环境。当Kubernetes调度并运行一个Pod时,底层容器运行时会使用Linux命名空间为Pod中的容器创建一个独立的运行环境。

service介绍

在Kubernetes中,Service是一种抽象的资源,用于公开应用程序中的一组Pod,并为它们提供网络连接。Service将多个Pod公开为单个逻辑应用程序,并为它们提供一个稳定的IP地址和端口,使它们在整个集群中可访问。

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Service通过一组标签选择器来选择要公开的Pod。Pod的标签可以用来标识应用程序的不同组件,例如前端、后端、数据库等。Service将选择器与标签匹配,并将流量路由到匹配的Pod。

在Kubernetes中,Service主要有两种类型:ClusterIP和NodePort。

ClusterIP Service是默认类型的Service,它将Pod暴露到集群内部,为每个Service分配一个稳定的虚拟IP地址,可以在集群内部用于Pod之间的通信。

NodePort Service将Pod公开到集群外部,并为它们提供一个稳定的IP地址和端口,可以从集群外部访问这些Pod。NodePort Service使用了集群节点的IP地址和端口号,并将流量转发到匹配的Pod。此外,还有两种类型的Service:LoadBalancer和ExternalName。LoadBalancer Service用于将流量负载均衡到集群中的多个节点,而ExternalName Service则将Service映射到集群外部的DNS名称。

Service是Kubernetes中一个重要的概念,它为Pod提供了一个稳定的网络标识符,使得开发人员和操作人员可以更轻松地管理和公开容器化应用程序。通过使用Service,可以在不影响应用程序的情况下轻松地扩展、升级和部署容器化应用程序。

不同概念之间的关系

  • Kubernetes 集群由多个 Node 节点组成;

  • 每个 Node 节点上可以运行多个 Pod;

  • 每个 Pod 可以包含一个或多个容器,这些容器共享存储卷和网络命名空间;

  • Namespace 用于在逻辑上对集群资源进行划分和隔离;

  • Service 用于将一组具有相同功能的 Pod 暴露为一个单一的访问接口,实现负载均衡和服务发现。

Kubernetes安全模型

Kubernetes 的安全模型由三个关键组件组成:认证、授权和 Admission Control。

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  1. 认证(Authentication): 认证是验证用户或进程的身份的过程。Kubernetes 支持多种认证方式,包括基于证书、令牌、用户名/密码等。当用户或进程尝试访问 Kubernetes API 服务器时,Kubernetes 将验证其身份并授予相应的访问权限。

  2. 授权(Authorization): 授权是确定用户或进程是否被允许访问资源的过程。在 Kubernetes 中,授权采用基于角色的访问控制(RBAC)模型。管理员可以创建角色和角色绑定,以控制哪些用户或进程可以访问哪些资源,并指定其可执行的操作。

  3. Admission Control: Admission Control 是 Kubernetes 中的一个安全机制,允许管理员在运行时拦截请求,对其进行修改或拒绝。Admission Control 通常用于实现各种策略,如自动扩展、网络隔离和资源限制等。

以下是三个 Admission Control 的例子:

Pod Security Policy:Pod Security Policy 是一种 Admission Control,可限制在 Kubernetes 中运行的容器。管理员可以创建 Pod Security Policy 来指定容器的运行限制,如禁用特定的 Linux 功能、系统调用、特定卷或容器镜像等。Pod Security Policy 能帮助保护 Kubernetes 集群内的应用程序和数据安全,防止恶意容器攻击。

MutatingAdmissionWebhook:MutatingAdmissionWebhook 是一种 Admission Control,可在 Pod 创建时自动修改其配置。例如,管理员可使用 MutatingAdmissionWebhook 自动为 Pod 注入环境变量、Sidecar 容器或配置 Liveness 和 Readiness 探针。这有助于自动化配置管理,减少手动干预。

ValidatingAdmissionWebhook:ValidatingAdmissionWebhook 是一种 Admission Control,用于验证部署的 Pod 是否符合预定义策略。例如,管理员可使用它验证容器镜像是否安全、无漏洞或已获官方认证。ValidatingAdmissionWebhook 可帮助防止不安全的容器部署,保护集群内应用程序和数据的安全。

Kubernetes 的认证、授权和 Admission Control 按上述顺序执行。首先进行认证,然后进行授权,最后执行 Admission Control。这种顺序确保只有经过认证的用户或进程才能被授权访问资源,并在访问资源之前执行必要的安全和配置检查,以确保 Kubernetes 集群中的应用程序和数据的安全性。

管理员可以根据需求,使用不同的 Admission Control 满足安全和配置管理需求。Kubernetes 的认证、授权和 Admission Control

Kubernetes 认证

在 Kubernetes 中,支持多种不同的认证方式。以下是 Kubernetes 中常用的认证方式:

  1. TLS 证书认证: TLS 证书认证是 Kubernetes 中最常用的认证方式之一。该认证方式使用 SSL/TLS 证书作为认证标识,用于验证用户或进程的身份,并授予其一组访问权限。TLS 证书认证通常使用 CA 证书、客户端证书和服务器证书,用于验证客户端和服务器之间的安全通信。

  2. Token 认证: Token 认证是 Kubernetes 中一种轻量级的认证方式,可用于对用户进行身份验证。Token 认证使用预定义的 token 来代表用户身份,用户需要在请求中提供有效的 token 才能被认证和授权。Token 认证通常用于在 Kubernetes 中使用 kubectl 进行命令行操作。

  3. 基于 HTTP 的认证: 基于 HTTP 的认证是 Kubernetes 中一种常用的认证方式,用于对用户进行身份验证。该认证方式使用用户名和密码来验证用户的身份,并授权访问 Kubernetes 集群中的资源。基于 HTTP 的认证通常使用 OAuth2 或 OpenID Connect 协议来实现。

  4. Webhook 认证: Webhook 认证是 Kubernetes 中一种灵活的认证方式,可用于对用户进行身份验证。该认证方式使用外部认证服务器(如 LDAP 或 Active Directory)来验证用户的身份,并授权访问 Kubernetes 集群中的资源。Webhook 认证通常通过自定义认证模块来实现。

  5. Bootstrap Token 认证: Bootstrap Token 认证是 Kubernetes 中一种预定义的认证方式,可用于对新节点进行身份验证。该认证方式使用预定义的 bootstrap token 来代表新节点的身份,并授权其加入 Kubernetes 集群。Bootstrap Token 认证通常用于启动新节点的自动注册和加入集群。

Kubernetes 中有多种不同的认证方式可供选择,管理员可以根据实际需求和安全要求选择最合适的认证方式。这些认证方式可以确保 Kubernetes 集群中的应用程序和数据的安全性,并保护其免受未经授权的访问和攻击。

Kubernetes 证书认证

Kubernetes 证书认证通常用于验证用户或进程的身份,以及授权其访问 Kubernetes 集群中的资源,其在api server通讯中起到至关重要的作用。以下是 Kubernetes 证书认证的主要使用场景:

  1. 安全通信: Kubernetes 证书认证可用于保护 Kubernetes 集群中的通信安全。通过 SSL/TLS 证书进行认证,可以验证通信双方的身份,并确保通信内容不被篡改或窃取。

  2. 认证用户身份: Kubernetes 证书认证可用于验证用户的身份,以及授予其访问 Kubernetes 集群中的资源的权限。通过基于证书的认证方式,可以确保用户身份的安全和可靠性,避免未经授权的用户访问 Kubernetes 集群中的敏感数据。

  3. 验证 Kubernetes 组件: Kubernetes 证书认证可用于验证 Kubernetes 集群中的各个组件和服务的身份,并授权其访问 Kubernetes API。通过 SSL/TLS 证书进行认证,可以防止未经授权的进程或服务访问 Kubernetes API,确保 Kubernetes 集群的安全和稳定。

  4. 管理集群证书: Kubernetes 证书认证可用于管理 Kubernetes 集群中的 SSL/TLS 证书。通过使用 Cluster CA,可以集中管理 Kubernetes 集群中所有组件和服务的证书签名和验证,保证证书管理的安全性和可靠性。

  5. 保护敏感数据: Kubernetes 证书认证可用于保护 Kubernetes 集群中的敏感数据,例如密码、证书和私钥等。通过 SSL/TLS 证书进行认证,可以防止未经授权的用户或进程访问敏感数据,并确保数据的安全性和机密性。

总之,Kubernetes 证书认证具有广泛的应用场景,可以确保 Kubernetes 集群中各个组件和服务的安全通信,并保护敏感数据免受未经授权的访问和攻击。在实际应用中,管理员可以根据需求选择合适的认证方式,以保障集群的安全性和稳定性。

Cluster CA组件

在 Kubernetes 中,Cluster CA 是指用于签发和验证 Kubernetes 集群中 SSL/TLS 证书的根证书颁发机构(CA)。Cluster CA 负责为 Kubernetes 集群中的各个组件和服务签发证书,并验证其身份和合法性。所有 Kubernetes 组件和服务使用由 Cluster CA 签发的证书进行身份验证和授权,确保 Kubernetes 集群中的安全通信。

在 Kubernetes 中,管理员通常使用以下步骤来生成和管理 Cluster CA:

  1. 生成 CA 的私钥和公钥。

  2. 使用 CA 私钥和公钥生成和签发 Kubernetes 集群中各个组件和服务的 SSL/TLS 证书。

  3. 将 CA 的公钥(cluster-ca.crt)安装到 Kubernetes 集群中的所有组件和服务中,以确保所有通信都由 Cluster CA 签发的证书进行身份验证和加密。

通过 Cluster CA 签发的证书具有以下优点:

  1. 安全可靠:由 Cluster CA 签发的证书具有安全可靠的特性,可以防止未经授权的用户或进程访问 Kubernetes 集群中的资源。

  2. 易于管理:由 Cluster CA 签发的证书具有易于管理的特性,可以通过 CA 中心集中管理证书签名和验证。

  3. 可扩展性:Cluster CA 可以扩展到多个 Kubernetes 集群,以支持跨 Kubernetes 集群的安全通信。

Kubernetes支持多种认证方式,其中之一是基于证书的认证。证书认证使用 SSL/TLS 证书作为认证标识,用于验证用户或进程的身份,并授予其一组访问权限。

在 Kubernetes 中,证书认证通常使用以下三种 SSL/TLS 证书:

  1. CA 证书:CA 证书是 Kubernetes 集群中的根证书,用于签发其他证书。只要验证证书链中的 CA 证书,就可以信任与之相关的所有证书。

  2. 客户端证书:客户端证书是用户或进程的证书,用于验证其身份。客户端证书通常由 CA 证书签发,并包含与用户或进程相关的信息,例如用户名、组名等。

  3. 服务器证书:服务器证书是 Kubernetes API 服务器的证书,用于验证其身份。服务器证书通常由 CA 证书签署,并包含与 API 服务器相关的信息,例如主机名、IP 地址等。

在 Kubernetes 中,证书认证的工作流程如下:

  • 用户或进程通过 SSL/TLS 客户端证书向 Kubernetes API 服务器发送请求。

  • Kubernetes API 服务器使用 CA 证书验证客户端证书的有效性,并确认用户或进程的身份。

  • Kubernetes API 服务器使用 RBAC 模型验证用户或进程是否被授予访问资源的权限,并授权访问。

证书认证是 Kubernetes 中一种常用的认证方式,可以用于验证用户或进程的身份,并授权其访问 Kubernetes 集群中的资源。证书认证具有安全可靠、易于管理的优点,并广泛用于 Kubernetes 中的生产环境。

Kubernetes证书认证配置案例

Kubernetes使用客户端证书进行身份验证,提供一种安全的方法来管理集群访问。以下是有关Kubernetes证书认证的具体流程的概述,包括如何创建证书,如何对证书进行授权,以及如何为kubectl配置证书等。

1、创建证书:需要创建一个私钥和证书签名请求(CSR)。您可以使用OpenSSL工具来完成这些任务。例如,为用户创建私钥:

openssl genrsa -out my-user.key 2048

然后,使用私钥创建CSR:

openssl req -new -key my-user.key -out my-user.csr -subj "/CN=my-user/O=my-group"

其中,CN(Common Name)表示用户名,O(Organization)表示用户所属的组。

2、对证书进行授权:需要将证书签名请求发送给Kubernetes API服务器,让其签署并生成客户端证书。为此,请创建一个CertificateSigningRequest资源,其中包含刚刚创建的CSR文件的内容:

apiVersion: certificates.k8s.io/v1
kind: CertificateSigningRequest
metadata:
name: my-user
spec:
groups:
- system:authenticated
request: <Base64 encoded CSR content>
signerName: kubernetes.io/kube-apiserver-client
usages:
- client auth

使用kubectl创建资源:

kubectl apply -f my-user-csr.yaml

一旦资源被创建,集群管理员需要批准它:

kubectl certificate approve my-user

审批后,您可以从CertificateSigningRequest资源中获取签名后的证书:

kubectl get csr my-user -o jsonpath='{.status.certificate}' | base64 --decode > my-user.crt

3、为kubectl配置证书: 现在您有了私钥和客户端证书,需要将它们添加到kubectl的配置中。首先,将新用户添加到kubeconfig文件:

kubectl config set-credentials my-user --client-key=my-user.key --client-certificate=my-user.crt --embed-certs=true

接下来,创建一个新的上下文,该上下文将使用新的用户凭据:

kubectl config set-context my-user-context --cluster=<your-cluster-name> --namespace=<desired-namespace> --user=my-user

最后,切换到新创建的上下文:

kubectl config use-context my-user-context

完成以上步骤后,就可以使用新创建的证书和上下文来访问Kubernetes集群了。请注意,根据集群的角色绑定和角色定义,新用户可能需要进一步授权才能执行某些操作。

证书认证配置相关漏洞

尽管Kubernetes具有强大的功能和广泛的应用,但它也存在一些与证书认证相关的安全漏洞。以下是一些常见的Kubernetes证书认证漏洞:

  1. 证书过期:Kubernetes集群中的证书可能会过期,导致服务不可用或出现认证错误。如果证书未及时更新,攻击者可能会利用过期证书进行中间人攻击,截获和篡改集群内的通信。

  2. 使用自签名证书:在Kubernetes集群中使用自签名证书可能会导致安全风险。自签名证书没有经过权威证书颁发机构(CA)的验证,因此可能容易受到中间人攻击。为了确保安全,建议使用由可信CA颁发的证书。

  3. 证书权限过大:Kubernetes API服务器使用的证书可能具有过多的权限,例如颁发给所有组件的通配符证书。这可能导致攻击者伪装成合法组件,进而窃取或篡改集群中的数据。为了降低风险,建议为每个组件颁发具有最小权限的证书。

  4. 证书泄露:Kubernetes集群中的证书和密钥可能会泄露,例如通过错误配置的存储或公开的GitHub仓库。攻击者可以利用泄露的证书和密钥访问集群中的资源。为了防止证书泄露,建议使用密钥管理系统存储证书,并确保只有授权用户才能访问。

  5. 未加密的通信:Kubernetes集群中的组件之间可能使用未加密的通信,这可能导致敏感数据泄露或遭受中间人攻击。为了确保通信安全,建议使用TLS加密所有组件之间的通信。

  6. 身份验证和授权配置不当:Kubernetes集群中的身份验证和授权策略可能配置不当,导致未经授权的用户访问敏感资源。为了防止未经授权的访问,建议使用Role-Based Access Control(RBAC)策略限制用户和组件的权限,并定期审查权限设置。

  7. API Server未授权访问:Kubernetes API 服务器是集群中的主要组件,负责处理和协调所有操作。如果API服务器未正确配置身份验证和授权策略,攻击者可能会利用这一漏洞访问和操作集群资源。

其他未授权漏洞

  1. etcd 未授权访问:etcd 是 Kubernetes 集群中用于存储配置数据的分布式键值存储系统。如果 etcd 未正确配置访问控制,攻击者可能会访问敏感数据,甚至修改集群配置。

  2. Kubelet 未授权访问:Kubelet 是 Kubernetes 集群中每个节点上运行的代理,负责确保容器在 Pod 中正常运行。如果 Kubelet API 未正确配置访问控制,攻击者可能会访问节点上的容器和 Pod 信息,甚至执行恶意操作。

  3. Kubernetes Dashboard 未授权访问:Kubernetes Dashboard 是一个用于管理和监控集群的 Web UI。如果 Dashboard 未正确配置身份验证和授权策略,攻击者可能会访问敏感信息并操作集群资源。

  4. Helm Tiller 未授权访问:Helm 是 Kubernetes 的一个包管理器,用于部署和管理应用程序。Tiller 是 Helm 的服务器端组件,如果 Tiller 未正确配置访问控制,攻击者可能会部署恶意应用程序或修改现有应用程序。

  5. Docker API未授权访问:造成该漏洞的原因主要是Docker守护进程的配置不当。默认情况下,Docker守护进程只允许本地访问,但如果将其配置为监听远程地址,或者未正确配置访问控制,那么攻击者就可能在未经授权的情况下访问Docker API。

Kubernetes授权

Kubernetes授权机制决定了用户可以在集群中执行哪些操作。Kubernetes提供了几种内置的授权模块,例如Node、ABAC(Attribute-Based Access Control,基于属性的访问控制)和RBAC(Role-Based Access Control,基于角色的访问控制)。在生产环境中,RBAC是最常用的授权机制。

Kubernetes授权核心概念

以下是Kubernetes中与授权机制相关的一些核心概念:

ClusterRole

ClusterRole是一种集群范围的角色,定义了一组对Kubernetes API资源的操作权限。例如:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods"]
verbs: ["get", "watch", "list"]

上述示例中的ClusterRole具有在整个集群范围内读取Pod资源的权限。

ClusterRoleBinding

ClusterRoleBinding是将ClusterRole绑定到用户、组或ServiceAccount的资源,授予它们相应的操作权限。例如:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
name: pod-reader-binding
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: pod-reader
subjects:
- kind: User
name: my-user
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

上述示例中的ClusterRoleBinding将pod-reader角色绑定到名为my-user的用户。

Role

Role与ClusterRole类似,但它是命名空间范围的角色,只适用于特定命名空间。例如:

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

上述示例中的Role具有在my-namespace命名空间内读取Pod资源的权限。

RoleBinding

RoleBinding将Role绑定到用户、组或ServiceAccount,与ClusterRoleBinding类似,但它只在特定命名空间中有效。例如:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: pod-reader-binding
namespace: my-namespace
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: Role
name: pod-reader
subjects:
- kind: User
name: my-user
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

上述示例中的RoleBinding将pod-reader角色绑定到名为my-user的用户,但仅在my-namespace命名空间中。

ServiceAccount

ServiceAccount是Kubernetes中的特殊用户账户,通常用于运行集群内的Pod、服务和控制器。ServiceAccount不需要外部身份提供者,因为它们直接由Kubernetes API管理。默认情况下,每个命名空间都有一个名为"default"的ServiceAccount。您可以创建额外的ServiceAccount以满足特定需求。例如:

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: my-serviceaccount
namespace: my-namespace

上述示例创建了一个名为my-serviceaccount的ServiceAccount。

ServiceAccount Token

ServiceAccount Token是一种身份验证令牌,与特定ServiceAccount关联。Kubernetes API服务器会自动生成这些令牌,并将其存储在与ServiceAccount关联的Secret中。使用ServiceAccount Token,您可以以编程方式访问Kubernetes API,而无需为机器人或CI/CD系统创建独立的用户凭据。

要在RBAC中为用户进行授权,可以遵循以下步骤:

  1. 根据需要创建Role(命名空间范围)或ClusterRole(集群范围)以定义对Kubernetes API资源的访问权限。

  2. 创建RoleBinding(命名空间范围)或ClusterRoleBinding(集群范围)以将Role或ClusterRole绑定到用户、组或ServiceAccount。这将为绑定的实体授予相应的权限。

  3. 对于需要通过kubectl访问集群的用户,配置kubectl上下文以使用相应的用户凭据(证书或令牌)。

  4. 确保应用程序或服务使用正确的ServiceAccount运行,以便它们具有适当的访问权限。

通过以上步骤,您可以根据需要为Kubernetes集群中的用户、组和ServiceAccount设置访问权限。请注意,始终遵循最小权限原则,只授予所需的最小权限以降低潜在的安全风险。

RBAC授权配置案例

假设您要授权一个名为dev-user的用户在dev-namespace命名空间中读取和修改Pod资源。以下是使用RBAC为此用户进行授权的具体案例:

  1. 创建一个名为dev-pod-manager的Role,允许在dev-namespace中读取和修改Pod资源:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
name: dev-pod-manager
namespace: dev-namespace
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods"]
verbs: ["get", "watch", "list", "create", "update", "delete"]

将此YAML保存为**`dev-pod-manager-role.yaml`**,然后使用**`kubectl`**创建Role:
kubectl apply -f dev-pod-manager-role.yaml
  1. 创建一个名为dev-user-binding的RoleBinding,将dev-pod-manager角色绑定到dev-user

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: dev-user-binding
namespace: dev-namespace
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: Role
name: dev-pod-manager
subjects:
- kind: User
name: dev-user
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

将此YAML保存为**`dev-user-binding.yaml`**,然后使用**`kubectl`**创建RoleBinding:
kubectl apply -f dev-user-binding.yaml
  1. 现在,为了让dev-user通过kubectl访问集群,您需要配置kubectl上下文。假设您已经为dev-user创建了客户端证书(如前述证书认证示例),您需要将新用户添加到kubeconfig文件:

kubectl config set-credentials dev-user --client-key=dev-user.key --client-certificate=dev-user.crt --embed-certs=true

接下来,创建一个新的上下文,该上下文将使用新的用户凭据:
kubectl config set-context dev-user-context --cluster=<your-cluster-name> --namespace=dev-namespace --user=dev-user

最后,切换到新创建的上下文:
kubectl config use-context dev-user-context

现在,dev-user已经具备在dev-namespace命名空间中读取和修改Pod资源的权限。这个案例展示了如何使用RBAC和kubectl配置为用户授权。当然,您可以根据实际需求调整角色权限和绑定的实体。

RBAC配置不当导致漏洞案例

假设您要授权一个名为dev-user的用户在dev-namespace命名空间中读取Pod资源,但不小心将其授权为集群管理员,这可能导致潜在的安全风险和滥用权限。以下是这个错误授权的具体案例:

  1. 您本意是为dev-user创建一个仅允许读取Pod资源的ClusterRole,但错误地创建了一个具有完全管理权限的ClusterRole:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
name: accidental-cluster-admin
rules:
- apiGroups: ["*"]
resources: ["*"]
verbs: ["*"]

将此YAML保存为**`accidental-cluster-admin-role.yaml`**,然后使用**`kubectl`**创建ClusterRole:
kubectl apply -f accidental-cluster-admin-role.yaml
  1. 创建一个名为dev-user-binding的ClusterRoleBinding,将accidental-cluster-admin角色绑定到dev-user

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
name: dev-user-binding
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: accidental-cluster-admin
subjects:
- kind: User
name: dev-user
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

将此YAML保存为**`dev-user-binding.yaml`**,然后使用**`kubectl`**创建ClusterRoleBinding:
kubectl apply -f dev-user-binding.yaml
  1. 与正确授权的案例类似,为了让dev-user通过kubectl访问集群,您需要配置kubectl上下文。假设您已经为dev-user创建了客户端证书,您需要将新用户添加到kubeconfig文件:

kubectl config set-credentials dev-user --client-key=dev-user.key --client-certificate=dev-user.crt --embed-certs=true

接下来,创建一个新的上下文,该上下文将使用新的用户凭据:

``` c

kubectl config set-context dev-user-context --cluster=<your-cluster-name> --namespace=dev-namespace --user=dev-user
```

最后,切换到新创建的上下文:
kubectl config use-context dev-user-context

现在,由于错误地授予了集群管理员权限,dev-user不仅可以在dev-namespace中读取Pod资源,还可以在整个集群范围内执行任何操作。这可能导致潜在的安全风险,因为用户可以执行超出其预期权限范围的操作。为避免此类错误,始终仔细检查您的RBAC配置,确保遵循最小权限原则。

总结

本文从Kubernetes的相关概念出发,依次介绍了Kubernetes的安全模型、Kubernetes认证以及Kubernetes授权,并举例说明了证书认证和RBAC授权的配置流程和潜在的安全风险,为相关研究和实践提供参考。

作者:中兴沉烽实验室_lyc

参考文献

https://www.suse.com/c/rancher_blog/understanding-the-kubernetes-node/https://kuboard.cn/learning/k8s-basics/explore.htmlhttps://stacksimplify.com/azure-aks/azure-kubernetes-service-namespaces-imperative/https://www.harness.io/blog/kubernetes-services-explainedhttps://www.alibabacloud.com/blog/getting-started-with-kubernetes-%7C-access-control-a-security-measure-in-kubernetes_596331https://thenewstack.io/a-primer-on-kubernetes-access-control/https://zone.huoxian.cn/d/1153-k8shttps://kubernetes.io/zh-cn/docs/home/

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