k8s安全机制

安全机制：k8s的安全机制，分布式集群管理工具，就是容器编排。
安全机制的核心：API SERVER作为整个集群内部通信的中介，也是外控控制的入口。所有的安全机制都是围绕api server来进行设计：
请求api资源：
1.认证
2.鉴权
3.准入机制
三个条件都通过，才可以在k8s集群当中创建。

认证：Anthentcation

1.HTTP TOKEN：通过token识别合法用户。token是一个很长，很复杂的一个字符串，字符串是用来表达客户的一种方式。
每一个token对应一个用户名，用户名存储在apisever能够访问的文件中。
客户端发起请求时，http headr包含token。
客户端发起请求---token---apiserver(用户名存储文件)- -解码--用户名- --访问集群。

2.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。

3.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。

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）

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

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 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

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。

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）。

鉴权（Authorization）

●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。

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

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 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的区别与运用

Role的运用

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。

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。

get: 获取资源信息
list：列表
watch：监听
create 创建
update 更新
patch 补丁
delete：删除

ClusterRole的运用

Role 只能定义在一个 namespace 中，如果想要跨 namespace 则可以创建 ClusterRole，也就是说定义 ClusterRole 不需要绑定 namespace。

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 与 ClusterRoleBinding 的区别与运用

RoleBinding的运用

RoloBinding 可以将角色中定义的权限授予用户或用户组，RoleBinding 包含一组主体（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，而 ClusterRoleBinding 适用于集群范围内的授权

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: default
subjects:
- kind: User
name: zhangsan
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
apiGroup: 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 同样可以引用 ClusterRole 来对当前 namespace 内 User、Group 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。

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-secrets
namespace: kube-public
subjects:
- kind: User
name: lisi
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: ClusterRole
name: secret-reader
apiGroup: 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）。

ClusterRoleBinding 的运用

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

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
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

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。

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。

实践运用：创建一个用户只能管理指定的命名空间

1.创建一个新的Linux用户

useradd zhangsan
passwd zhangsan

2.创建用于用户连接到 API Server 所需的证书和 kubeconfig 文件

cd /usr/local/bin
上传相关的cfssl文件

chmod +x cfssl*

mkdir /opt/zhangsan
cd /opt/zhangsan

vim user-cert.sh
#######################
cat > zhangsan-csr.json <<EOF
{
"CN": "zhangsan",
"hosts": [],
"key": {
"algo": "rsa",
"size": 2048
},
"names": [
{
"C": "CN",
"ST": "BeiJing",
"L": "BeiJing",
"O": "k8s",
"OU": "System"
}
]
}
EOF
#API Server 会把客户端证书的 CN 字段作为 User，把 names.O 字段作为 Group

cd /etc/kubernetes/pki/
cfssl gencert -ca=ca.crt -ca-key=ca.key -profile=kubernetes /opt/zhangsan/zhangsan-csr.json | cfssljson -bare zhangsan
###############################

chmod +x user-cert.sh
./user-cert.sh
#/etc/kubernetes/pki/ 目录中会生成 zhangsan-key.pem、zhangsan.pem、zhangsan.csr

cd /opt/zhangsan

vim rbac-kubeconfig.sh
APISERVER=$1
# 设置集群参数
export KUBE_APISERVER="https://$APISERVER:6443"
kubectl config set-cluster kubernetes \
--certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt \
--embed-certs=true \
--server=${KUBE_APISERVER} \
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig

# 设置客户端认证参数
kubectl config set-credentials zhangsan \
--client-key=/etc/kubernetes/pki/zhangsan-key.pem \
--client-certificate=/etc/kubernetes/pki/zhangsan.pem \
--embed-certs=true \
--kubeconfig=zhangsan.kubeconfig

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

# 使用上下文参数生成 zhangsan.kubeconfig 文件
kubectl config use-context kubernetes --kubeconfig=zhangsan.kubeconfig

#创建一个网络命名空间test 对应zhangsan的namesapce中的配置项
chmod +x rbac-kubeconfig.sh
./rbac-kubeconfig.sh 192.168.73.105

mkdir /home/zhangsan/.kube
cp zhangsan.kubeconfig /home/zhangsan/.kube/config
chown -R zhangsan:zhangsan /home/zhangsan/.kube/

进行rbac的授权

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

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

kubectl apply -f rbac.yaml