【kubernetes】k8s安全机制

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。
比如 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。

1、认证（Authentication） 

●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 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 根证书签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合法；而 HTTPS 证书认证方式 则可以实现双向认证。

（1）需要被认证的访问类型：
●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）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（比如 8080 端口）
●kubectl、kubelet、kube-proxy 访问 API Server 就都需要证书进行 HTTPS 双向认证，端口号使用 6443

（3）证书颁发：
●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

（4）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 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填充。包含了集群的访问方式和认证信息。kubectl 文件默认位于 ~/.kube/config

（5）Service Account
Service Account是为了方便 Pod 中的容器访问API Server。因为 Pod 的创建、销毁是动态的，所以要为每一个 Pod 手动生成证书就不可行了。 Kubenetes 使用了 Service Account 来循环认证，从而解决了 Pod 访问API Server的认证问题。

（6）Secret 与 SA 的关系
//Kubernetes 设计了一种资源对象叫做 Secret，分为两类：
●用于保存 ServiceAccount 的 service-account-token
●用于保存用户自定义保密信息的 Opaque

//Service Account 中包含三个部分：
●Token：是使用 API Server 私钥签名的 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
//默认情况下，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）。

2、 鉴权（Authorization） 

之前的认证（Authentication）过程，只是确定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，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。也就是说定义一个访问类型的属性，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，每次设置需要定义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 相对其它访问控制方式，拥有以下优势：
●对集群中的资源（Pod,Deployment,Service）和非资源（元信息或者资源状态）均拥有完整的覆盖
●整个 RBAC 完全由几个 API 资源对象完成，同其它 API 资源对象一样，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，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 种对象类型均可以通过 kubectl 与 API Server 操作。

官方文档：https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/rbac/

//角色
Role：授权指定命名空间的资源控制权限
ClusterRole：可以授权所有命名空间的资源控制权限
#如果使用 RoleBinding 绑定 ClusterRole，仍会受到命名空间的影响；如果使用 ClusterRoleBinding 绑定 ClusterRole， 将会作用于整个 K8S 集群。

//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

//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；Group 书写格式与 User 相同，同样 system: 前缀也为系统保留。
#Pod使用 ServiceAccount 认证时，service-account-token 中的 token（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。

//Role and ClusterRole
在 RBAC API 中，Role 表示一组规则权限，权限只能增加（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。也就是说只有白名单权限，而没有黑名单权限的概念。

示例：

#Role 示例：apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1  #指定 core API 组和版本
kind: Role   #指定类型为 Role
metadata:namespace: default   #使用默认命名空间name: pod-reader   #Role 的名称
rules:   #定义规则
- apiGroups: [""]  #标明 core API 组resources: ["pods"]  #资源对象为 Pod 类型verbs: ["get", "watch", "list"]  #被授予的操作权限#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 命名空间中具有对 Pod 资源对象 进行 get（获取）、watch（监听）、list（列出）这三个操作权限。

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

//RoleBinding and ClusterRoleBinding
RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组，RoleBinding 包含一组主（subject），subject 中包含有不同形式的待授予权限资源类型（User、Group、ServiceAccount）；
RoloBinding 同样包含对被绑定的 Role 引用；
RoleBinding 适用于某个命名空间内授权，ClusterRoleBinding 适用于集群范围内的授权

#RoleBinding 示例1：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:name: read-podsnamespace: default
subjects:
- kind: Username: zhangsanapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:kind: Rolename: pod-readerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io#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。

#RoleBinding 示例2：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:name: read-secretsnamespace: kube-public
subjects:
- kind: Username: lisiapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:kind: ClusterRolename: secret-readerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io#以上 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 lisi 只能访问 kube-public 空间中的 secrets（因为 RoleBinding 定义在 kube-public 命名空间）。

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#ClusterRoleBinding 示例：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:name: read-secrets-global
subjects:
- kind: Groupname: managerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:kind: ClusterRolename: secret-readerapiGroup: rbac.authorization.k8s.io#以上 ClusterRoleBinding 授权 manager 组内所有用户在全部命名空间中对 secrets 进行访问。

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 log 资源就属于 pods 的子资源，API 中对 Pod 日志的请求 URL 样例如下：

GET /api/v1/namespaces/{namespace}/pods/{name}/logkubectl get pods myapp-demo1 -n defaultHTTP GET   https://<apiserver address>/api/v1/namespaces/default/pods/myapp-demo1/log#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。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。

#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：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:namespace: defaultname: pod-and-pod-logs-reader
rules:
- apiGroups: [""]resources: ["pods", "pods/log"]verbs: ["get", "list"]#rules.verbs有："get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"
#rules.resources有："services", "endpoints", "pods", "secrets", "configmaps", "crontabs", "deployments", "jobs", "nodes", "rolebindings", "clusterroles", "daemonsets", "replicasets", "statefulsets", "horizontalpodautoscalers", "replicationcontrollers", "cronjobs"
#rules.apiGroups有："","apps", "autoscaling", "batch"

3、准入控制（Admission Control）

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 的请求都需要经过这个列表中的每个准入控制器插件的检查，检查不通过，则拒绝请求。
一般建议直接采用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,DefaultTolerationSeconds,MutatingAdmissionWebhook,ValidatingAdmissionWebhook,ResourceQuota,NodeRestriction

//列举几个插件的功能：
●NamespaceLifecycle：用于命名空间回收，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，连带删除它的所有资源对象。
●LimitRanger：用于配额管理，确保请求的资源量不会超过资源所在 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：基于命名空间的高级配额管理，确保请求的资源数量不会超过资源的 ResourceQuota 限制。
●NodeRestriction： 用于 Node 加入到 K8S 群集中以最小权限运行。

官方文档参考：https://kubernetes.io/zh/docs/reference/access-authn-authz/admission-controllers/

//资源限制 - Pod
Kubernetes对资源的限制实际上是通过cgroup来控制的，cgroup是容器的一组用来控制内核如何运行进程的相关属性集合。针对内存、CPU 和各种设备都有对应的 cgroup。
默认情况下，Pod 运行没有 CPU 和内存的限额。这意味着系统中的任何 Pod 将能够像执行该 Pod 所在的节点一样， 消耗足够多的 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。

总结：

客户端若想要发送请求给apiserver操作管理K8S资源对象，需要先通过三关安全验证：认证(Authentication)、鉴权(Authorization)、准入控制(Admission Control)

认证(Authentication)：确认请求方是否有连接apiserver的权限

K8S支持的认证方式：

token认证(通过token令牌字符串来认证)     base认证(根据账户:密码的方式认证)     https认证(使用证书认证，支持双向认证)

认证过程：

K8S集群中以守护进程运行的组件（kubectl、kubelet、kube-proxy、controller-manager、scheduler）可使用cfssl工具手动签发证书或tls bootstrap机制自动签发客户端证书，再基于证书生成 kubeconfig集群引导配置文件，这些组件可根据kubeconfig配置中的集群参数（ca证书、apiserver地址）和客户端参数（客户端证书和私钥信息）连接指定的K8S集群的apiserver并做双向认证

K8S集群中以Pod形式运行的组件（dashboard、coreDNS、ingress控制器、外置存储卷插件等）使用serviceaccount账户作为Pod的服务账户（如有没有指定默认使用当前命名空间的default），K8S会自动创建相关的service-account-token类型的secret资源，创建Pod时会自动挂载这个secret卷到Pod容器的/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount目录中，Pod与apiserver通信时会使用其中的ca证书和token与apiserver做认证

鉴权(Authorization)：确认请求方具有对哪些资源对象的操作权限

推荐使用 RBAC（基于角色的访问控制）  kube-apiserver --authorization-mode=Node,RBAC

RBAC有关的4个资源对象： Role   ClusterRole   RoleBinding   ClusterRoleBinding

角色（Role、ClusterRole）定义角色能够对哪些资源对象拥有哪些操作权限

Role：受命名空间的影响，只能在指定的命名空间中操作资源
ClusterRole：默认可在K8S集群中所有的命名空间中操作资源，不需要配置namespace

角色绑定（RoleBinding、ClusterRoleBinding）将主体账户(User、Group、ServiceAccount)与角色进行绑定，使得主体账户具有角色相关的资源操作权限

1、ClusterRoleBinding：只能与ClusterRole绑定，使主体账户在所有的命名空间中具有ClusterRole相关的资源操作权限
2、RoleBinding：可以与相同命名空间下的Role绑定，使主体账户在指定的命名空间中具有Role相关的资源操作权限；也可以与ClusterRole绑定，使主体账户只能在RoleBinding指定的命名空间中具有ClusterRole相关的资源操作权限

如何授权一个普通用户使用kubectl连接K8S操作管理资源？

先做认证授权

（1）签发kubectl使用的客户端证书和私钥文件
（2）基于客户端证书和私钥文件创建kubectl使用的kubeconfig集群引导配置文件，并放置在用户家目录中 ~/.kube/config再做鉴权授权
（3）创建角色 Role|ClusterRole
rules:
- apiGroups:       #指定资源对象的api组，可参考 kubectl api-resources 的 APIVERSION 字段
  - ""                #例如，vi则设为""，apps/v1则设为"apps"，networking.k8s.io/v1则设为"networking.k8s.io"
  resources:       #指定授权的资源名，可参考 kubectl api-resources 的 NAME 字段
  - pods              #资源名
  - pods/log          #子资源名
  verbs:           #指定对资源对象的操作权限
  - get
  - list
  - watch

（4）给主体账户绑定角色
kubectl create clusterrolebinding <资源名称> --clusterrole=<ClusterRole资源名称>  --user=<用户名> [--group=<组名>] [--serviceaccount=<命名空间>:<sa账户名称>]

kubectl create rolebinding <资源名称>  -n <命名空间>  --clusterrole=<ClusterRole资源名称>|--role=<Role资源名称>  --user=<用户名> [--group=<组名>] [--serviceaccount=<命名空间>:<sa账户名称>]

准入控制(Admission Control)：使用准入控制插件对资源请求做进一步的规范检查，如果检查不通过则会拒绝请求

K8S在初始化时会默认启动官方推荐的准入控制插件，一般不做修改，但也可以通过修改apiserver的启动参数来设置：
kube-apiserver --enable-admission-plugins=NamespaceLifecycle,LimitRanger ...     #添加指定的准入控制插件
kube-apiserver --disable-admission-plugins=PodNodeSelector,AlwaysDeny ...        #禁用指定的准入控制插件

LimitRanger：用来给在指定的命名空间中创建的Pod或容器设置默认的 requests 和 limits 资源量限制

ResourceQuota：用来在指定的命名空间中进行资源配额，即设置在指定的命名空间中能够创建的资源对象的数量总额或Pod容器能够使用的requests、limits资源量限制的总额