【Kubernetes】k8s集群安全机制

目录
一.认证
1.k8s集群内的三种认证方式
2.k8s集群内的认证说明
2.1.需要被认证的访问范例
2.2.安全性说明
2.3.证书颁发的方式
2.4.kubeconfig
2.5.Service Account
2.6.Secret 与 SA 的关系
二.鉴权
1.鉴权的方式
2.RBAC的角色与角色绑定 
2.1.RBAC的角色
2.2.RBAC的角色绑定
2.3.RBAC的主体（subject）
3.Role and ClusterRole的区别与运用
3.1.Role的运用  
3.2.ClusterRole的运用
4.RoleBinding 与 ClusterRoleBinding 的区别与运用
4.1.RoleBinding的运用
4.2.ClusterRoleBinding 的运用
5.Resources 
三.准入控制

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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讯的中介， 也是外部控制的入口。以是 Kubernetes 的安全机制基
本就是围绕掩护 API Server 来计划的
好比 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
一.认证

1.k8s集群内的三种认证方式

• HTTP Token 认证：通过一个 Token 来辨认正当用户
  

HTTP Token 的认证是用一个很长的特别编码方式的而且难以被模仿的 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 根证书署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
是否正当；而 HTTPS 证书认证方式 则可以实现双向认证
2.k8s集群内的认证说明

2.1.需要被认证的访问范例

• 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）
  

2.2.安全性说明

• Controller Manager、Scheduler 与 API Server 在同一台呆板，以是直接使用 API Server 的非安全端口访问（好比 8080 端口）
  
• kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证，端标语使用 6443
  

2.3.证书颁发的方式

• 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，通事后，Controller Manager 会为 kubelet 天生一个证书， 以后的访问都是用证书做认证了
  

2.4.kubeconfig

kubeconfig 文件包罗集群参数（CA 证书、API Server 所在），客户端参数（上面天生的证书和私
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添补。包罗了集群的访问方
式和认证信息。kubectl 文件默认位于 ~/.kube/config
2.5.Service Account

Service Account是为了方便 Pod 中的容器访问API Server。由于 Pod 的创建、销毁是动态的，所
以要为每一个 Pod 手动天生证书就不可行了。 Kubenetes 使用了 Service Account 来循环认证，
从而解决了 Pod 访问API Server的认证标题。
2.6.Secret 与 SA 的关系

Kubernetes 计划了一种资源对象叫做 Secret，分为两类：

• 用于保存 ServiceAccount 的 service-account-token
  
• 用于保存用户自界说保密信息的 Opaque
  

Service Account 中包罗三个部分

• Token：是使用 API Server 私钥署名的 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
  

默认环境下，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 Accout）
二.鉴权

1.鉴权的方式

之前的认证（Authentication）过程，只是确定通讯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：表示拒绝全部的请求，一般用于测试
  
• AlwaysAllow：允许接收全部请求，如果集群不需要授权流程，则可以接纳该策略，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。也就是说界说一个访问范例的属性，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，每次设置需要界说一长串的属性才可以。
  
• 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版本起默认使用规则
  

RBAC 相对别的访问控制方式，拥有以下上风

• 对集群中的资源（Pod,Deployment,Service）和非资源（元信息大概资源状态）均拥有完整的覆盖
  
• 整个 RBAC 完全由几个 API 资源对象完成，同别的 API 资源对象一样，可以用 kubectl 或 API 进行操纵
  
• 可以在运行时进行调整，无需重启 API Server，而 ABAC 则需要重启 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
种对象范例均可以通过 kubectl 与 API Server 操纵
2.RBAC的角色与角色绑定 

2.1.RBAC的角色

• Role：授权指定定名空间的资源控制权限
  
• ClusterRole：可以授权全部定名空间的资源控制权限
  

如果使用 RoleBinding 绑定 ClusterRole，仍会受到定名空间的影响；如果使用
ClusterRoleBinding 绑定 ClusterRole， 将会作用于整个 K8S 集群
2.2.RBAC的角色绑定

• RoleBinding：将角色绑定到主体（即subject）
  
• ClusterRoleBinding：将集群角色绑定到主体
  

2.3.RBAC的主体（subject）

• 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: 是系统保存的，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 雷同，同样 system: 前缀也为系统保存。
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。 
3.Role and ClusterRole的区别与运用

3.1.Role的运用  

在 RBAC API 中，Role 表示一组规则权限，权限只能增长（累加权限），不存在一个资源一开始
就有很多权限而通过 RBAC 对其进行减少的操纵。也就是说只有白名单权限，而没有黑名单权限
的概念
Role的字段界说

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

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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
定名空间中具有对 Pod 资源对象 进行 get（获取）、watch（监听）、list（列出）这三个操纵权
限
rule.verbs字段的权限说明

1. get: 获取资源信息
2. list： 列表
3. watch：监听
4. create  创建
5. update  更新
6. patch 补丁
7. delete：删除

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3.2.ClusterRole的运用

Role 只能界说在一个 namespace 中，如果想要跨 namespace 则可以创建 ClusterRole，也就
是说界说 ClusterRole 不需要绑定 namespace
ClusterRole 示例

1. apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
2. kind: ClusterRole
3. metadata:
4.   # "namespace" 被忽略，因为 ClusterRoles 不受名字空间限制
5.   name: secret-reader
6. rules:
7. - apiGroups: [""]
8.   resources: ["secrets"]  #资源对象为 Secret 类型
9.   verbs: ["get", "watch", "list"]

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4.RoleBinding 与 ClusterRoleBinding 的区别与运用

4.1.RoleBinding的运用

• RoloBinding 可以将角色中界说的权限授予用户或用户组，RoleBinding 包罗一组主体（subject），subject 中包罗有不同形式的待授予权限资源范例（User，Group，ServiceAccount）；
  
• RoloBinding 同样包罗对被绑定的 Role 引用；
  
• RoleBinding 适用于某个定名空间内授权，而 ClusterRoleBinding 适用于集群范围内的授权
  

RoleBinding 示例1：

1. apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
2. kind: RoleBinding
3. metadata:
4.   name: read-pods
5.   namespace: default
6. subjects:
7. - kind: User
8.   name: zhangsan
9.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
10. roleRef:
11.   kind: Role
12.   name: pod-reader
13.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
15. #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。

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RoleBinding 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内 User、Group 或 ServiceAccount
进行授权， 这种操纵允许集群管理员在整个集群内界说一些通用的 ClusterRole，然后在不同的
namespace 中使用 RoleBinding 来引用
RoleBinding 示例2：

1. apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
2. kind: RoleBinding
3. metadata:
4.   name: read-secrets
5.   namespace: kube-public
6. subjects:
7. - kind: User
8.   name: lisi
9.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
10. roleRef:
11.   kind: ClusterRole
12.   name: secret-reader
13.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

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4.2.ClusterRoleBinding 的运用

使用 ClusterRoleBinding 可以对整个集群中的全部定名空间资源权限进行授权
ClusterRoleBinding 示例：

1. apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
2. kind: ClusterRoleBinding
3. metadata:
4.   name: read-secrets-global
5. subjects:
6. - kind: Group
7.   name: manager
8.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
9. roleRef:
10.   kind: ClusterRole
11.   name: secret-reader
12.   apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

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5.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 所在中
出现； 同时某些资源也会包罗子资源，比方 log 资源就属于 pods 的子资源，API 中对 Pod 日志的
请求 URL 样比方下

1. GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/log
3. kubectl get pods myapp-demo1 -n default
5. HTTP GET   https://<apiserver address>/api/v1/namespaces/default/pods/myapp-demo1/log
7. #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。
9. 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。

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1. #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：
2. apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
3. kind: Role
4. metadata:
5.   namespace: default
6.   name: pod-and-pod-logs-reader
7. rules:
8. - apiGroups: [""]
9.   resources: ["pods", "pods/log"]
10.   verbs: ["get", "list"]
11.   
12. #rules.verbs有："get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
13. #rules.resources有："services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
14. #rules.apiGroups有："","apps", "autoscaling", "batch"

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三.准入控制

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 的请求都需要颠末这个列表中的每个准入控制器插件的查抄，查抄不通
过，则拒绝请求
一般建议直接接纳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,DefaultTolerationSecond
s,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,NodeRestriction
列举几个插件的功能

• NamespaceLifecycle：用于定名空间回收，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，连带删除它的全部资源对象。
  
• LimitRanger：用于配额管理，确保请求的资源量不会凌驾资源所在 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：基于定名空间的高级配额管理，确保请求的资源数量不会凌驾资源的 ResourceQuota 限制。
  
• NodeRestriction： 用于 Node 参加到 K8S 群会合以最小权限运行。
  

官方文档参考：https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-
controllers/
资源限制 - Pod
Kubernetes对资源的限制现实上是通过cgroup来控制的，cgroup是容器的一组用来控制内核如何
运行历程的相干属性集合。针对内存、CPU 和各种设备都有对应的 cgroup
默认环境下，Pod 运行没有 CPU 和内存的限额。这意味着系统中的任何 Pod 将能够像实行该 Pod
所在的节点一样， 斲丧足够多的 CPU 和内存。一般会针对某些应用的 pod 资源进行资源限制，
这个资源限制是通过 resources 的 requests 和 limits 来实现。requests 为创建 Pod 时初始要分配
的资源，limits 为 Pod 最高请求的资源值

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