Kubernetes(k8s)的安全认证介绍和RBAC基于角色的访问控制使用

1. 访问控制概述
- 1.1 客户端
- 1.2 认证、授权和准入控制
2. 认证管理
- 2.1 kubernetes的客户端身份认证方式
- 2.2 HTTPS认证过程
3. 授权管理
- 3.1 概述
- 3.2 API Server目前支持的几种授权策略
- 3.3 RBAC
- - 3.3.1 概述
  - 3.3.2 Role、ClusterRole
  - 3.3.3 RoleBinding、ClusterRoleBinding
  - 3.3.4 RoleBinding引用ClusterRole进行授权
- 3.4 RBAC实战
- - 3.4.1 需求
  - 3.4.2 创建账号
  - 3.4.3 dev账号权限测试
  - 3.4.4 创建Role和RoleBinding，为dev用户授权
  - 3.4.5 dev账号权限再次测试
4 准入控制
- 4.1 概述
- 4.2 当前可配置的Admission Control(准入控制)

1. 访问控制概述 1.1 客户端

客户端通常有两类：

User Account：一般是独立于kubernetes的Pod服务之外的其他服务管理的用户账号
Service Account：kubernetes为Pod的服务进程在访问kubernetes时提供身份标识

1.2 认证、授权和准入控制

API Server是访问和管理资源对象的唯一入口。任何一个请求访问API Server，都要经过下面的三个流程：

Authentication(认证)：身份鉴别，只有正确的账号才能通过认证
Authorization(授权)：判断用户是否有权限对访问的资源执行特定的动作
Admission Control(注入控制)：用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能

认证授权

2. 认证管理 2.1 kubernetes的客户端身份认证方式

kubernetes集群提供了3种客户端身份认证方式。允许同时配置多种认证方式，只要其中任意一种方式认证通过即可

HTTP Base认证：通过用户名 + 密码的方式进行认证。原理是是把“用户名:密码”，用BASE64算法进行编码后的字符串，放在HTTP请求中的Header的Authorization域里面发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名和密码，然后进行用户身份认证的过程
HTTP Token认证：每个Token对应一个用户名，当客户端发起API调用请求的时候，需要在HTTP的Header中放入一个很长的难以被模仿的字符串Token，API Server接受到Token后会和服务器中保存的Token进行比对，然后进行用户身份认证的过程
HTTPS证书认证：基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式。安全性最高但操作最麻烦

2.2 HTTPS认证过程

HTTPS认证过程

证书申请和下发：HTTPS通信双方的服务器向CA机构申请证书，CA机构发根证书、服务端证书及私钥给申请者
客户端和服务器的双向认证：
1. 客户端向服务端发起请求，服务端下发自己的证书给客户端。客户端收到证书后，通过私钥解密证书，在证书中获取服务端的私钥。客户端利用服务器端的公钥认证证书中的信息，如果一致，则认可这个服务器
2. 客户端发送自己的证书给服务器端，服务端接收到证书后，通过私钥解密证书。在证书中获取客户端的公钥，并用该公钥认证证书信息，确认客户端是否合法
服务器端和客户端进行通信
1. 服务器端和客户端协商好加密方案后，客户端会产生一个随机的私钥并加密，然后发送到服务器端。
2. 服务器端接收到这个私钥后，双方接下来通信的所有内容都通过该随机私钥加密

3. 授权管理 3.1 概述

授权发生在认证成功之后，然后kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权限访问，这个过程就称为授权

每个发送到API Server的请求都带上了用户和资源的信息：比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等，授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误

3.2 API Server目前支持的几种授权策略

AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
AlwaysAllow：允许接收所有的请求，相当于集群不需要授权流程(kubernetes默认的策略)
ABAC：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
Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
RBAC：基于角色的访问控制(kubeadm安装方式下的默认选项)

3.3 RBAC 3.3.1 概述

RBAC(Role Based Access Control)：基于角色的访问控制，主要用于给哪些对象授予哪些权限

RBAC涉及到了下面几个概念：

对象：User、Groups(User Group)、ServiceAccount
角色：代表着一组定义在资源上的可操作的动作(权限)的集合
绑定：将定义好的角色和用户绑定在一起。该用户就有角色所拥有的权限

RBAC

RBAC引入了4个顶级资源对象：

Role、ClusterRole：角色，用于指定一组权限
RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色绑定，用于将角色(权限的集合)赋予给对象

3.3.2 Role、ClusterRole

一个角色就是一组权限的集合

Role的资源清单文件：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: authorization-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""]                  # 支持的API组列表，""空字符串，表示核心API群
    resources: ["pods"]              # 支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"]

ClusterRole的资源清单文件：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: authorization-clusterrole
rules:
  - apiGroups: [""]                   # 支持的API组列表，""空字符串，表示核心API群
    resources: ["pods"]               # 支持的资源对象列表
    verbs: ["get","watch","list"]

rules中的参数说明：

apiGroups：支持的API组列表：“”, ”apps”, ”autoscaling”, ”batch”
resources：支持的资源对象列表：“services”, “endpoints”, “pods”, “secrets”, “configmaps”, “crontabs”, “deployments”, “jobs”, “nodes”, “rolebindings”, “clusterroles”, “daemonsets”, “replicasets”, “statefulsets”, “horizontalpodautoscalers”, “replicationcontrollers”, “cronjobs”
verbs：对资源对象的操作方法列表：“get”, “list”, “watch”, “create”, “update”, “patch”, “delete”, “exec”

3.3.3 RoleBinding、ClusterRoleBinding

角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标对象上，绑定目标可以是User、Group或者ServiceAccount

RoleBinding可以将同一namespace中的subject对象绑定到某个Role下，则此Subject具有该Role定义的权限。RoleBinding的资源清单文件：

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

ClusterRoleBinding在整个集群级别和所有namespaces将特定的subject与ClusterRole绑定进行授予权限。ClusterRoleBinding的资源清单文件：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: bulut
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole

3.3.4 RoleBinding引用ClusterRole进行授权

RoleBinding可以引用ClusterRole，对属于同一命名空间内ClusterRole定义的资源主体进行授权

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: bulut
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: authorization-clusterrole

3.4 RBAC实战 3.4.1 需求

创建一个只能管理dev命名空间下Pods资源的账号

3.4.2 创建账号

生成私钥

[root@k8s-master ~]# mkdir tls
[root@k8s-master ~]# 
[root@k8s-master ~]# cd tls/
[root@k8s-master tls]# 
[root@k8s-master tls]# (umask 077;openssl genrsa -out dev.key 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
..................................................................................................................................+++
...............+++
e is 65537 (0x10001)
[root@k8s-master tls]#

umask 077：设置目录的默认权限
openssl genrsa -out dev.key 2048：以rsa加密方式生成长度为2048的私钥到dev.key中

签名申请。申请的用户是dev，组是dev

[root@k8s-master tls]# openssl req -new -key dev.key -out dev.csr -subj "/O=dev/CN=dev"

req：表示证书请求的子命令
-new：表示生成一个新的签名申请
-key dev.key：指定私钥文件
-out dev.csr：指定签名申请的输出文件
-subj “/O=dev/CN=dev”：表示自动输入签名申请拥有者信息，分别表示：/公司名/用户名

用API Server的证书去签署证书

[root@k8s-master tls]# openssl x509 -req -in dev.csr -CAkey /etc/kubernetes/pki/ca.key -CA /etc/kubernetes/pki/ca.crt -CAcreateserial -days 3650 -out dev.crt 
Signature ok
subject=/CN=dev/O=dev
Getting CA Private Key
[root@k8s-master tls]#

x509：表示输出证书
-req: 表示证书请求的子命令
-CAcreateserial: 表示创建证书
-days 3650：表示证书有效期
-out dev.crt：表示生成的证书输出文件

给名称为kubernetes的集群，添加证书数据

[root@k8s-master tls]# kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --server=https://192.168.23.160:6443 --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt
Cluster "kubernetes" set.
[root@k8s-master tls]#

给名称为dev的用户，添加证书数据

[root@k8s-master tls]# kubectl config set-credentials dev --embed-certs=true --client-key=dev.key --client-certificate=dev.crt
User "dev" set.
[root@k8s-master tls]#

将集群kubernetes和用户dev，设定在一个名称为dev@kubernetes的上下文中

[root@k8s-master tls]# kubectl config set-context dev@kubernetes --cluster=kubernetes --user=dev
Context "dev@kubernetes" created.
[root@k8s-master tls]#

3.4.3 dev账号权限测试

切换账号到dev

[root@k8s-master ~]# kubectl config use-context dev@kubernetes
Switched to context "dev@kubernetes".
[root@k8s-master ~]#

查看dev命名空间下的Pod，发现没有权限

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "dev" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"
[root@k8s-master ~]#

3.4.4 创建Role和RoleBinding，为dev用户授权

新建dev-role.yaml文件，内容如下。然后进行创建

[root@k8s-master ~]# cat dev-role.yaml 
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: dev-role
  namespace: dev
rules:
  - apiGroups: [""]
    resources: ["pods"]
    verbs: ["get","watch","list"]

---

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: dev-role-binding 
  namespace: dev
subjects:
  - kind: User
    name: dev
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io 
roleRef:
  kind: Role 
  name: dev-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
[root@k8s-master ~]# 
[root@k8s-master ~]# kubectl apply -f dev-role.yaml 
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/dev-role-binding created
[root@k8s-master ~]#

3.4.5 dev账号权限再次测试

查看dev命名空间下的Pod，发现有权限

[root@k8s-master ~]# kubectl get pods -n dev
No resources found in dev namespace.
[root@k8s-master ~]#

切换到admin账户

[root@k8s-master ~]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".
[root@k8s-master ~]#

4 准入控制 4.1 概述

具体请参考Kubernetes官方文档-使用准入控制器

通过了前面的认证和授权之后，还需要经过准入控制通过之后，API Server才会处理这个请求

准入控制是一个可配置的控制器列表，可以通过在API Server上通过命令行设置选择执行哪些注入控制器

kube-apiserver --enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds

只有当所有的注入控制器都检查通过之后，API Server才会执行该请求，否则返回拒绝

4.2 当前可配置的Admission Control(准入控制)

AlwaysAdmit：允许所有请求
AlwaysDeny：禁止所有请求，一般用于测试
AlwaysPullImages：在启动容器之前总去下载镜像
DenyExecOnPrivileged：它会拦截所有想在Privileged Container上执行命令的请求
ImagePolicyWebhook：这个插件将允许后端的一个Webhook程序来完成admission controller的功能
Service Account：实现ServiceAccount，用来实现自动化
SecurityContextDeny：这个插件将使SecurityContext的Pod中的定义全部失效
ResourceQuota：用于资源配额管理目的，观察所有请求，确保在namespace上的配额不会超标
LimitRanger：用于资源限制管理，作用于namespace上，确保对Pod进行资源限制
InitialResources：为未设置资源请求与限制的Pod，根据其镜像的历史资源的使用情况进行设置
NamespaceLifecycle：如果尝试在一个不存在的namespace中创建资源对象，则该创建请求将被拒绝。当删除一个namespace时，系统将会删除该namespace中所有对象
DefaultStorageClass：为了实现共享存储的动态供应，为未指定StorageClass的PV或PVC尝试匹配默认StorageClass，尽可能减少用户在申请PVC时所需了解的后端存储细节
DefaultTolerationSeconds：这个插件为那些没有设置forgiveness tolerations并具有notready:NoExecute和unreachable:NoExecute两种taints的Pod设置默认的“容忍”时间，为5min
PodSecurityPolicy：这个插件用于在创建或修改Pod时，决定是否根据Pod的security context和可用的PodSecurityPolicy对Pod的安全策略进行控制

Kubernetes(k8s)的安全认证介绍和RBAC基于角色的访问控制使用

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