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。

Kubernetes 使用了认证（Authentication）、鉴权（Authorization）、准入控制（AdmissionControl）三步来保证 API Server 的安全

安全机制

Authentication

认证总结

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字符串 - Token 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 HeatherAuthorization 域里发送给服务端，服务端收到后进行编码，获取用户名及密码)
最严格的 HTTPS 证书认证：基于 CA 根证书签名的客户端身份认证方式

一般用 HTTPS 证书认证

HTTPS 证书认证

HTTPS证书认证

需要认证的节点

两种类型

Kubenetes 组件对 API Server 的访问：kubectl、Controller Manager、Scheduler、kubelet、kube-proxy
Kubernetes 管理的 Pod 对容器的访问：Pod（dashborad 也是以 Pod 形式运行）

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，--insecure-bind-address=127.0.0.1
kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证

证书颁发

手动签发：通过 k8s 集群的跟 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

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 信息（集群名称、用户名）。Kubenetes 组件通过启动时指定不同的 kubeconfig 文件可以切换到不同的集群

ServiceAccount

Pod 中的容器访问 API Server。因为 Pod 的创建、销毁是动态的，所以要为它手动生成证书就不可行了。Kubenetes 使用了 Service Account 解决 Pod 访问 API Server 的认证问题

Secret 与 SA 的关系

Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret，分为两类，一种是用于 ServiceAccount 的 service-account-token，另一种是用于保存用户自定义保密信息的 Opaque。ServiceAccount 中用到包含三个部分：Token、ca.crt、namespace 1. token 是使用 API Server 私钥签名的 JWT。用于访问 API Server 时，Server端认证.
ca.crt，根证书。用于 Client 端验证 API Server 发送的证书
namespace, 标识这个service-account-token 的作用域名空间

1	kubectl get secret --all-namespaceskubectl describe secret default-token-5gm9r --namespace=kube-system

默认情况下，每个 namespace 都会有一个 ServiceAccount，如果 Pod 在创建时没有指定 ServiceAccount，就会使用 Pod 所属的 namespace 的 ServiceAccount

Authorization

上面认证过程，只是确认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：允许接收所有请求，如果集群不需要授权流程，则可以采用该策略
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 Webbook：通过调用外部 REST 服务对用户进行授权
RBAC（Role-Based Access Control)：基于角色的访问控制，现行默认规则

一般只用RBAC

RBAC 授权模式

RBAC（Role-Based Access Control）基于角色的访问控制，在 Kubernetes 1.5 中引入，现行版本成为默认标准。相对其它访问控制方式，拥有以下优势：

对集群中的资源和非资源均拥有完整的覆盖
整个 RBAC 完全由几个 API 对象完成，同其它 API 对象一样，可以用 kubectl 或 API 进行操作
可以在运行时进行调整，无需重启 API Server

RBAC 的 API 资源对象说明

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 操作

Role：角色，它其实是一组规则，定义了一组对 Kubernetes API 对象的操作权限。
Subject：被作用者，既可以是“人”，也可以是“机器”，也可以是你在 Kubernetes 里定义的“用户”。
RoleBinding：定义了“被作用者”和“角色”的绑定关系。而这三个概念，其实就是整个 RBAC 体系的核心所在。

需要注意的是 Kubenetes 并不会提供用户管理，那么 User、Group、ServiceAccount 指定的用户又是从哪里来的呢？ Kubenetes 组件（kubectl、kube-proxy）或是其他自定义的用户在向 CA 申请证书时，需要提供一个证书请求文件

{
    "CN": "admin",  
    "hosts": [],
    "key": {
        "algo": "rsa",
        "size": 2048  
    },
    "names": [    
        {
            "C": "CN",
            "ST": "HangZhou",
            "L": "XS",
            "O": "system:masters",
            "OU": "System"    
        } 
    ]
}


## hosts": []表示所有主机

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

kubelet 使用 TLS Bootstaping 认证时，API Server 可以使用 Bootstrap Tokens 或者 Token authenticationfile 验证=token，无论哪一种，Kubenetes 都会为 token 绑定一个默认的 User 和 GroupPod

使用 ServiceAccount 认证时，service-account-token 中的 JWT 会保存 User 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，权限只会增加(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；Role 可以定义在一个 namespace 中，如果想要跨 namespace 则可以创建 ClusterRole 。

role]

# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定namespace
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: default   # 作用于默认 ns
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""] # "" indicates the core API group  
  resources: ["pods"]  
  verbs: ["get", "watch", "list"]

ClusterRole 具有与 Role 相同的权限角色控制能力，不同的是 ClusterRole 是集群级别的，ClusterRole 可以用于:

集群级别的资源控制( 例如 node 访问权限 )
非资源型 endpoints( 例如/healthz访问 )
所有命名空间资源控制(例如 pods )

# ClusterRole可以对集群范围内资源、跨namespaces的范围资源、非资源类型进行授权
kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  # "namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced     
  name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]  
  resources: ["secrets"]  
  verbs: ["get","watch","list"]

补充说明

apiGroups: 支持的API组列表 eg: [“”,”apps”, “autoscaling”, “batch”]
resources: 支持的资源对象列表 eg: [“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 eg: [“get”, “list”, “watch”, “create”, “update”, “patch”, “delete”, “exec”]

RoleBinding and ClusterRoleBinding

RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组，RoleBinding 包含一组权限列表(subjects)，权限列表中包含有不同形式的待授予权限资源类型(users, groups, or service accounts)；RoloBinding 同样包含对被 Bind 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

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

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

RoleBinding 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内用户、用户组或 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

例如，以下 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 dave 只能访问 development 空间中的 secrets (因为 RoleBinding 定义在 development 命名空间)

# This role binding allows "dave" to read secrets in the "development" namespace.
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: read-secrets  
  namespace: development # This only grants permissions within the "development" namespace.
subjects:
  - kind: User  
    name: dave  
    apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole  
  name: secret-reader  
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

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；以下 ClusterRoleBinding 样例展示了授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问

# This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in any namespace.
kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
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

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 logs 资源就属于 pods 的子资源，API 中 URL 样例如下

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

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 / 分隔符来实现，以下是一个定义 pods 资源 logs 访问权限的 Role 定义样例

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

to Subjects

RoleBinding 和 ClusterRoleBinding 可以将 Role 绑定到 Subjects；Subjects 可以是 groups、users 或者 service accounts
Subjects 中 Users 使用字符串表示，它可以是一个普通的名字字符串，如 alice；也可以是 email 格式的邮箱地址，如 `[email protected]；甚至是一组字符串形式的数字ID。但是Users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 Groups 书写格式与 Users 相同，都为一个字符串，并且没有特定的格式要求；同样 system: 前缀为系统保留。

实践：创建一个用户只能管理 dev 空间

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

# 下载证书生成工具
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl_linux-amd64
mv cfssl_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssljson_linux-amd64
mv cfssljson_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssljson
wget https://pkg.cfssl.org/R1.2/cfssl-certinfo_linux-amd64
mv cfssl-certinfo_linux-amd64 /usr/local/bin/cfssl-certinfo
chmod a+x /usr/local/bin/*

[root@k8s01 cert]# cfssl gencert -ca=/etc/kubernetes/pki/ca.crt -ca-key=/etc/kubernetes/pki/ca.key  -profile=kubernetes  /root/cert/devuser-csr.json | cfssljson -bare devuser
2020/08/31 22:35:34 [INFO] generate received request
2020/08/31 22:35:34 [INFO] received CSR
2020/08/31 22:35:34 [INFO] generating key: rsa-2048
2020/08/31 22:35:34 [INFO] encoded CSR
2020/08/31 22:35:34 [INFO] signed certificate with serial number 485476659916894602740593053497486829759365891032
2020/08/31 22:35:34 [WARNING] This certificate lacks a "hosts" field. This makes it unsuitable for
websites. For more information see the Baseline Requirements for the Issuance and Management
of Publicly-Trusted Certificates, v.1.1.6, from the CA/Browser Forum (https://cabforum.org);
specifically, section 10.2.3 ("Information Requirements").
[root@k8s01 cert]# tree
.
├── devuser.csr
├── devuser-csr.json
├── devuser-key.pem
└── devuser.pem

0 directories, 4 files


# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://192.168.43.101:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials devuser \
--client-certificate=/root/cert/devuser.pem \
--client-key=/root/cert/devuser-key.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=devuser.kubeconfig

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

# role binding
[root@k8s01 cert]# kubectl create namespace dev
namespace/dev created

[root@k8s01 cert]# kubectl create rolebinding devuser-admin-binding --clusterrole=admin --user=devuser --namespace=dev  # 在 dev 下是 admin 角色


[root@k8s01 cert]# mkdir /home/devuser/.kube/
[root@k8s01 cert]# mv devuser.kubeconfig /home/devuser/.kube/config
[root@k8s01 cert]# chown devuser:devuser -R /home/devuser  

# 切到 devuser # 设置默认上下文
su - devuser
cd .kube
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=config

## namespace dev 就是 devuser 的 default

AdmissionControl

准入控制是 API Server 的插件集合，通过添加不同的插件，实现额外的准入控制规则。

资源更改经过身份验证后，kubeapi-Server 在写入 etcd 之前做一次拦截，然后对资源更改，判断正确性操作

甚至于 API Server 的一些主要的功能都需要通过 Admission Controllers 实现，比如 ServiceAccount 官方文档上有一份针对不同版本的准入控制器推荐列表，其中最新的 1.14 的推荐列表是：

1	NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,DefaultStorageClass,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota

列举几个插件的功能：

NamespaceLifecycle：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：确保请求的资源不会超过资源所在 Namespace 的 LimitRange 的限制。
ServiceAccount：实现了自动化添加 ServiceAccount。
ResourceQuota：确保请求的资源不会超过资源的 ResourceQuota 限制。

Role-RoleBinding-ServiceAccount.yaml 是最常用的

# 大多数时候，我们其实都不太使用“用户”这个功能，而是直接使用 Kubernetes 里的“内置用户”
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: example-sa

---
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: example-role
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]  # verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

---
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: example-rolebinding
  namespace: mynamespace
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: example-sa
  namespace: mynamespace
roleRef:
  kind: Role
  name: example-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

---
# 用户的 Pod，就可以声明使用这个 ServiceAccount 了
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  namespace: mynamespace
  name: sa-token-test
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx:1.7.9
  serviceAccountName: example-sa

# 一个 ServiceAccount，在 Kubernetes 里对应的“用户”的名字是：
system:serviceaccount:<Namespace名字>:<ServiceAccount名字>


# 它对应的内置“用户组”的名字，就是：
system:serviceaccounts:<Namespace名字>



# 这个 Role 的权限规则，作用于 mynamespace 里的所有 ServiceAccount 这就用到了“用户组”的概念
subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts:mynamespace
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io


# 作用于整个系统里的所有 ServiceAccount 
subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io