认证概述

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鉴权操作。

在Kubernetes集群中,客户端通常有两类:

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

普通账户是假定被外部或独立服务管理的,由管理员分配 keys,用户像使用 Keystone 或 google 账号一样,被存储在包含 usernames 和 passwords 的 list 的文件里。
需要注意:在 Kubernetes 中不能通过 API 调用将普通用户添加到集群中。

  • 普通帐户是针对(人)用户的,服务账户针对 Pod 进程。
  • 普通帐户是全局性。在集群所有namespaces中,名称具有惟一性。
  • 通常,群集的普通帐户可以与企业数据库同步,新的普通帐户创建需要特殊权限。服务账户创建目的是更轻量化,允许集群用户为特定任务创建服务账户。
  • 普通帐户和服务账户的审核注意事项不同。
  • 对于复杂系统的配置包,可以包括对该系统的各种组件的服务账户的定义。

认证、授权与准入控制

  • ApiServer是访问及管理资源对象的唯一入口。任何一个请求访问ApiServer,都要经过下面三个流程:Authentication(认证):身份鉴别,只有正确的账号才能够通过认证
  • 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(准入控制):用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能。


认证管理

Kubernetes集群安全的最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:

  • HTTP Base认证:通过用户名+密码的方式认证

这种认证方式是把“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 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,然后进行用户身份认证的过程。

  • 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调用请求时,需要在HTTP Header里放入Token,API Server接到Token后会跟服务器中保存的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
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。

HTTPS认证大体分为3个过程:

  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机构下发根证书、服务端证书及私钥给申请者

  1. 客户端和服务端的双向认证

1> 客户端向服务器端发起请求,服务端下发自己的证书给客户端, 客户端接收到证书后,通过私钥解密证书,在证书中获得服务端的公钥, 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, 在证书中获得客户端的公钥,并用该公钥认证证书信息,确认客户端是否合法

  1. 服务器端和客户端进行通信

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秘钥并加密,然后发送到服务器端。 服务器端接收这个秘钥后,双方接下来通信的所有内容都通过该随机秘钥加密

授权管理

#获取有关服务账户的信息
[root@k8s-master ~]# kubectl get  sa
NAME      SECRETS   AGE
default   1         96d
[root@k8s-master ~]# kubectl get serviceaccount
NAME      SECRETS   AGE
default   1         96d

[root@k8s-master ~]# kubectl get sa -n kube-system


[root@k8s-master ~]# kubectl get role -n ingress-nginx
NAME            CREATED AT
ingress-nginx   2024-01-05T03:03:53Z
[root@k8s-master ~]# kubectl get role -n ingress-nginx -oyaml

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ApiServer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。
API Server目前支持以下几种授权策略:

  • 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)
  • RBAC(Role-Based Access Control) 基于角色的访问控制,主要是在描述一件事情:给哪些对象授予了哪些权限

其中涉及到了下面几个概念:

  • 对象:User、Groups、ServiceAccount
  • 角色:代表着一组定义在资源上的可操作动作(权限)的集合
  • 绑定:将定义好的角色跟用户绑定在一起

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)赋予给对象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)。

以下是一个 Role 的示例:

# Role只能对命名空间内的资源进行授权,需要指定nameapce
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: dev
  name: pod-reader
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"] # 允许的对资源对象的操作方法列表
- apiGroups: ["apps"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]

这个 Role 的示例名为 pod-reader,它定义了在 dev 命名空间内对 pods 和 deployments 资源的权限规则。要使 Role 生效,还需要将其绑定到用户、服务帐户或组,这就是 RoleBinding 的作用。
以下是一个 RoleBinding 的示例:

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

这个示例创建了一个 RoleBinding,将 pod-readerRole 绑定到一个名为 devman 的用户上,使其在 dev 命名空间内具有读取 pods 和 deployments 资源的权限。可以实现在特定命名空间内的细粒度权限控制。

ClusterRole 不仅仅局限于某个命名空间,而是适用于整个 Kubernetes 集群。
以下是一个 ClusterRole 的示例:

# 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
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: cluster-admin
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: ["apps"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "delete"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["services"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "delete"]

这个 ClusterRole 的示例名为 cluster-admin,它定义了对 pods、deployments、services 等资源的一系列权限规则。
要使 ClusterRole 生效,还需要将其绑定到用户、服务帐户或组,这就是 ClusterRoleBinding 的作用。

以下是一个 ClusterRoleBinding 的示例:

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

这这个示例创建了一个 RoleBinding,将 pod-readerRole 绑定到一个名为 devman 的用户上,使其在 dev 命名空间内具有读取 pods 和 deployments 资源的权限。可以实现在特定命名空间内的细粒度权限控制。

rules中的参数:

apiGroups: 支持的API组列表

"","apps", "autoscaling", "batch"

**resources:**定义了权限应用于哪种类型的资源

"services", "endpoints", "pods","secrets","configmaps","crontabs","deployments","jobs",
"nodes","rolebindings","clusterroles","daemonsets","replicasets","statefulsets",
"horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"

verbs: 定义了允许执行的操作

"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"

RoleBinding、ClusterRoleBinding

RoleBindingClusterRoleBinding 是 Kubernetes 中用于将角色(Role)或集群角色(ClusterRole)授予特定用户、组或服务账户的资源。以下是对这两个资源的详解:

RoleBinding

RoleBinding 用于将 Role 授予特定的用户、组或服务账户,并绑定到指定的命名空间。面是一个 RoleBinding 的例子:

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

  • subjects: 定义了该绑定应用于哪些用户、组或服务账户。
  • roleRef: 定义了要绑定的角色,包括角色的 kindnameapiGroup
ClusterRoleBinding

ClusterRoleBinding 则用于将 ClusterRole 绑定到整个集群。以下是一个 ClusterRoleBinding 的例子:

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: my-cluster-role-binding
subjects:
- kind: User
  name: my-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: my-cluster-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

RoleBinding 类似,subjects 定义了该绑定应用于哪些用户、组或服务账户,而 roleRef 定义了要绑定的 ClusterRole

示例:

创建一组 RoleClusterRole 并将它们一一绑定到用户上,这样,一个用户就拥有了这一组角色所定义的权限。
以下是一个示例,演示如何创建一组 Role 并将它们绑定到用户:

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

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: service-reader-role
  namespace: dev
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["services"]
  verbs: ["get", "list"]

---

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

---

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

在这个例子中,我们创建了两个 Role 分别为 pod-reader-roleservice-reader-role,然后通过 RoleBinding 将这两个角色绑定到了用户 dev-user 上。这样 dev-user 就同时拥有了 pod-reader-roleservice-reader-role 定义的权限。

实战:创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号

创建账号

创建证书
# 1) 创建证书
[root@k8s-master01 pki]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@k8s-master01 pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
............................................................................+++
..............................+++
  • /etc/kubernetes/pki/ 目录下执行了生成一个 2048 位的 RSA 密钥命令,并将其输出到名为 devman.key 的文件中。这个密钥文件是为了用于认证和加密通信,通常在 Kubernetes 集群中用于安全传输数据。
  • 这样生成的 devman.key 文件现在包含一个新的私钥,可以用于一系列的安全操作,如 TLS 证书签名请求(CSR)的创建、证书签名、TLS 通信等。
用apiserver的证书去签署
# 2) 用apiserver的证书去签署
# 2-1) 签名申请,申请的用户是devman,组是devgroup
[root@k8s-master01 pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"     
# 2-2) 签署证书
[root@k8s-master01 pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650
Signature ok
subject=/CN=devman/O=devgroup
Getting CA Private Key
#这些命令将使用 CA 的证书和私钥对 devman.csr 中的证书签名请求进行签署,
#生成一个名为 devman.crt 的证书文件。
#这个新的证书现在可以用于认证 devman 用户属于 devgroup 组。

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

  • openssl req: 用于生成证书签名请求(CSR)的 OpenSSL 命令。
  • -new: 创建一个新的 CSR。
  • -key devman.key: 指定私钥文件 devman.key 用于生成 CSR。
  • -out devman.csr: 指定生成的 CSR 文件名为 devman.csr
  • -subj “/CN=devman/O=devgroup”: 设置 CSR 中的主题信息,包括通用名称(CN)为 devman 和组织(O)为 devgroup

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

  • openssl x509: 用于对证书进行操作的 OpenSSL 命令。
  • -req: 表示要处理的是 CSR 请求。
  • -in devman.csr: 指定要处理的 CSR 文件。
  • -CA ca.crt: 指定用于签署证书的 CA 证书文件 ca.crt
  • -CAkey ca.key: 指定用于签署证书的 CA 私钥文件 ca.key
  • -CAcreateserial: 生成一个序列号文件,用于跟踪证书的唯一性。
  • -out devman.crt: 指定生成的证书文件名为 devman.crt
  • -days 3650: 指定证书的有效期为 3650 天(大约 10 年)。
设置集群、用户、上下文信息
#设置 kubectl 集群信息
[root@k8s-master01 pki]#kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.235.128:6443
Cluster "kubernetes" set.

#将 devman 用户的凭据(证书和密钥)添加到 kubeconfig 文件中,
#使得用户可以使用这些凭据进行身份验证和访问 Kubernetes 集群
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
User "devman" set.
#在 kubeconfig 文件中创建一个新的上下文,该上下文指定了集群、用户和命名空间
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman
Context "devman@kubernetes" modified.


kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --serISISver=https://192.168.235.128:6443

这是一个设置 kubectl 集群信息的命令,它包括以下参数:

  • –embed-certs=true: 表示将证书信息嵌入到 kubectl 配置文件中。
  • –certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt: 指定 CA 证书的路径。
  • –server=https://192.168.109.100:6443: 指定 Kubernetes API 服务器的地址。

这个命令将 kubectl 配置到与 Kubernetes 集群交互所需的信息,包括连接到 API 服务器的方式和使用的证书等。

切换账户到devman
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

查看dev下pod,发现没有权限
[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"

# 切换到admin账户
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".


创建Role和RoleBinding ,为devman用户授权,用于定义在 dev 命名空间中的权限。
# 定义 Role 对象,用于控制对 pods 资源的权限
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: dev  # 规定该 Role 属于 dev 命名空间
  name: dev-role # 规定该 Role 的名称
rules:
- apiGroups: [""]  # 规定允许的 API 组,此处为空字符串表示核心 API  组
  resources: ["pods"]  # 规定允许的资源类型,此处为 Pods
  verbs: ["get", "watch", "list"] # 规定允许的动作,此处为获取、监视、列表
  
---
# 定义 RoleBinding 对象,将 Role 授权给特定用户
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: authorization-role-binding # 规定该 RoleBinding 的名称
  namespace: dev # 规定该 RoleBinding 属于 dev 命名空间
subjects:
- kind: User  # 用户类型
  name: devman  # 用户名
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io # API 组
roleRef:
  kind: Role  # 角色类型,引用的是 Role 对象
  name: dev-role # 角色名称,引用的是上面定义的 dev-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io  # API 组

[root@k8s-master01 pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created

切换账户,再次验证
# 切换账户到devman
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 再次查看
[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
NAME                                 READY   STATUS             RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-5696db47dc-5bjt8   0/1     Error     0             4d2h
pod-configmap                             1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-nodeaffinity-preferred                1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-nodeaffinity-required                 1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-podaffinity-required                  0/1     Pending   0             76d
pod-toleration                            1/1     Running   3 (26m ago)   77d
taint3                                    1/1     Running   3 (26m ago)   77d


# 为了不影响后面的学习,切回admin账户
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

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