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一、访问控制概述

1.1 概述

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。所谓的安全性其实就是保证对kubernetes的各种客户端进行认证和授权操作。

1.2 客户端

在kubernetes集群中,客户端通常由两类:

  1. User Account:一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号。
  2. Service Account:kubernetes管理的账号,用于为Pod的服务进程在访问kubernetes时提供身份标识。

image.png

1.3 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:

  1. Authentication(认证):身份鉴别,只有正确的账号才能通过认证。
  2. 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。
  3. 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。

image.png

二、认证管理

2.1 kubernetes的客户端身份认证方式

kubernetes集群安全的关键点在于如何识别并认证客户端身份,它提供了3种客户端身份认证方式:

  1. HTTP Base认证:
    通过用户名+密码的方式进行认证。
    这种方式是把“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。
  2. HTTP Token认证:
    通过一个Token来识别合法用户。
    这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串--Token来表明客户端身份的一种方式。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。
  3. HTTPS证书认证:
    基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式。
    这种认证方式是安全性最高的一种方式,但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式。

image.png

2.2 HTTPS认证过程

  1. 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。
  2. 客户端和服务器的双向认证:
    2.1 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。
    2.2 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
  3. 服务器端和客户端进行通信。
    3.1 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。
    3.2 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。

2.3 总结

kubernetes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。

三、授权管理

3.1 概述

授权发生在认证成功之后,通过认证就可以知道请求用户是谁,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

  1. AlwaysDeny:表示拒绝所有请求,一般用于测试。
  2. 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)。
  3. 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。
  4. Webhook:通过调用外部REST服务对用户进行授权。
  5. Node:是一种专用模式,用于对kubelet发出的请求进行访问控制。
  6. 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,主要是在描述一件事情:给哪些对象授权了哪些权限。

RBAC涉及到了下面几个概念:

  1. 对象:User、Groups、ServiceAccount。
  2. 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。
  3. 绑定:将定义好的角色和用户绑定在一起。

image.png

RBAC还引入了4个顶级资源对象:

  1. Role、ClusterRole:角色,用于指定一组权限。
  2. 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,这里的权限都是许可形式的(白名单)。
Role的资源清单文件:

# Role只能对命名空间的资源进行授权,需要指定namespace
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:

# ClusterRole可以对集群范围内的资源、跨namespace的范围资源、非资源类型进行授权
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:

  1. apiGroups:
    支持的API组列表。
    “”,”apps”,”autoscaling”,”batch”。

  2. 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"。

  3. 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的资源清单文件:

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

ClusterRoleBinding的资源清单文件:

# ClusterRoleBinding在整个集群级别和所有namespaces将特定的subject与ClusterRole绑定,授予权限
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: xudaxian
    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。

一种很常用的做法是,集群管理员为集群范围预定义好一组角色(ClusterRole),然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。这样可以大幅度提高授权管理工作效率,也使得各个命名空间下的基础性授权规则和使用体验保持一致。

# 虽然authorization-clusterrole是一个集群角色,但是因为使用了RoleBinding
# 所以xudaxian只能读取dev命名空间中的资源
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: authorization-clusterrole-binding
subjects:
  - kind: User
    name: xudaxian
    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

创建证书:

cd /etc/kubernetes/pki/
(umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)

用API Server的证书去签署证书:

签名申请:申请的用户是devman,组是devgroup

openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"

签署证书:

openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650

设置集群、用户、上下文信息:

kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.18.100:6443
kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman

切换账号到devman:

kubectl config use-context devman@kubernetes

查看dev下的Pod,发现没有权限:

kubectl get pods -n dev

image.png

切换到admin账户:

kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes

3.4.3 创建Role和RoleBinding,为devman授权

创建dev-role.yaml文件,内容如下:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: dev-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"]

---

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

创建Role和RoleBinding:

kubectl create -f dev-role.yaml

image.png

3.4.4 切换账户,再次验证

切换账户到devman:

kubectl config use-context devman@kubernetes

再次查看:

kubectl get pod -n dev

image.png

切回admin账户:

kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes

四、准入控制

4.1 概述

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。

--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)

  1. AlwaysAdmit:允许所有请求。

  2. AlwaysDeny:禁止所有请求,一般用于测试。

  3. AlwaysPullImages:在启动容器之前总去下载镜像。

  4. DenyExecOnPrivileged:它会拦截所有想在Privileged Container上执行命令的请求。

  5. ImagePolicyWebhook:这个插件将允许后端的一个Webhook程序来完成admission controller的功能。

  6. Service Account:实现ServiceAccount实现了自动化。

  7. SecurityContextDeny:这个插件将使用SecurityContext的Pod中的定义全部失效。

  8. 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。

  9. LimitRanger:用于资源限制管理,作用于namespace上,确保对Pod进行资源限制。

  10. 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。

  11. 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。

  12. DefaultStorageClass:为了实现共享存储的动态供应,为未指定StorageClass或PV的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。

  13. 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。

  14. 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

Q.E.D.


只有创造,才是真正的享受,只有拚搏,才是充实的生活。