K8s安全攻防：运维老鸟避坑指南！身份认证、授权、网络隔离…一个都不能少！

各位 K8s 玩家，大家好！我是你们的老朋友——Bug猎手。今天咱们不聊花里胡哨的新特性，来点实在的，聊聊 Kubernetes 集群的安全那些事儿。别以为 K8s 搭起来能跑就行了，安全漏洞分分钟让你欲哭无泪。我见过太多线上事故，都是因为安全没做好，导致数据泄露、服务瘫痪。所以，今天这篇，咱们就来扒一扒 K8s 的安全风险，再手把手教你如何构建一个固若金汤的 K8s 集群。

一、K8s 安全，到底在防什么？

在深入细节之前，咱们先搞清楚一个问题：K8s 安全，到底要防什么？简单来说，我们要保护 K8s 集群免受以下威胁：

1. 未经授权的访问：防止恶意用户或程序未经授权访问集群资源，例如 Pod、Service、Secret 等。
2. 恶意代码执行：防止恶意镜像或容器在集群中运行，从而窃取数据、破坏系统或进行其他恶意行为。
3. 数据泄露：防止敏感数据（例如数据库密码、API 密钥）泄露给未经授权的用户。
4. 拒绝服务攻击 (DoS)：防止恶意攻击者通过大量请求或资源消耗，导致集群服务不可用。
5. 权限提升：防止攻击者利用漏洞提升权限，从而控制整个集群。

理解了这些威胁，我们才能有针对性地采取安全措施。

二、身份认证 (Authentication)：谁能进我的 K8s？

身份认证是安全的第一道防线，它负责验证用户的身份。只有通过认证的用户，才能访问 K8s 集群。K8s 提供了多种身份认证方式：

• 客户端证书 (Client Certificates)：这是最常用的认证方式。管理员为每个用户颁发一个客户端证书，用户通过 kubectl 访问集群时，需要提供证书进行身份验证。

  • 原理：基于公钥基础设施 (PKI)，客户端持有私钥，集群使用公钥验证身份。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --client-ca-file 参数，指定 CA 证书的路径。
  • 优点：安全性高，易于管理。
  • 缺点：需要为每个用户颁发证书，维护成本较高。

• 静态 Token 文件 (Static Token File)：使用预定义的 Token 字符串进行认证。

  • 原理：kubectl 客户端在请求中包含 Token，kube-apiserver 验证 Token 是否在预定义的列表中。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --token-auth-file 参数，指定 Token 文件的路径。
  • 优点：配置简单。
  • 缺点：安全性较低，不建议在生产环境中使用。

• 引导 Token (Bootstrap Tokens)：用于 kubelet 初始加入集群时的认证。

  • 原理：kubelet 使用 Token 向 kube-apiserver 注册，kube-apiserver 验证 Token 的有效性。
  • 配置：通常由 kubeadm 工具自动配置。
  • 优点：简化了 kubelet 的注册流程。
  • 缺点：主要用于集群初始化，不适用于用户认证。

• OpenID Connect (OIDC)：使用 OIDC 身份提供商 (例如 Google、Microsoft) 进行认证。

  • 原理：kubectl 客户端通过 OIDC 身份提供商获取 ID Token，kube-apiserver 验证 ID Token 的有效性。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --oidc-issuer-url、--oidc-client-id 等参数。
  • 优点：可以使用现有的身份认证系统，方便集成。
  • 缺点：配置较为复杂。

• Webhook Token 认证：通过调用外部 HTTP 服务进行认证。

  • 原理：kube-apiserver 将 Token 发送到外部 HTTP 服务，由该服务验证 Token 的有效性。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --authentication-token-webhook-config-file 参数，指定 Webhook 配置文件的路径。
  • 优点：灵活性高，可以自定义认证逻辑。
  • 缺点：需要维护外部 HTTP 服务。

最佳实践：

• 生产环境强烈建议使用客户端证书或 OIDC 进行身份认证。
• 定期轮换客户端证书，防止证书泄露。
• 禁用静态 Token 文件认证，避免安全风险。

三、授权 (Authorization)：认证之后，能干什么？

通过身份认证后，用户只是证明了“你是谁”，接下来，我们需要确定“你能干什么”，这就是授权。K8s 提供了多种授权方式：

• Always Allow：允许所有请求。

  • 原理：不进行任何授权检查，所有请求都允许通过。
  • 配置：在 kube-apiserver 中配置 --authorization-mode=AlwaysAllow。
  • 优点：配置简单，适用于测试环境。
  • 缺点：安全性极低，禁止在生产环境中使用。

• Always Deny：拒绝所有请求。

  • 原理：拒绝所有请求。
  • 配置：在 kube-apiserver 中配置 --authorization-mode=AlwaysDeny。
  • 优点：安全性最高。
  • 缺点：会导致所有用户都无法访问集群，基本没用。

• ABAC (Attribute-Based Access Control)：基于属性的访问控制。

  • 原理：根据用户、资源、操作等属性，定义访问策略。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --authorization-mode=ABAC，并提供策略文件。
  • 优点：灵活性高，可以定义复杂的访问策略。
  • 缺点：配置复杂，难以管理。

• RBAC (Role-Based Access Control)：基于角色的访问控制。

  • 原理：将权限授予角色，然后将角色分配给用户或组。
  • 配置：通过 Kubernetes API 创建 Role、ClusterRole、RoleBinding、ClusterRoleBinding 等资源。
  • 优点：易于管理，是 K8s 官方推荐的授权方式。
  • 缺点：需要理解 RBAC 的概念和资源类型。

• Webhook 授权：通过调用外部 HTTP 服务进行授权。

  • 原理：kube-apiserver 将授权请求发送到外部 HTTP 服务，由该服务决定是否允许访问。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --authorization-mode=Webhook，并提供 Webhook 配置文件的路径。
  • 优点：灵活性高，可以自定义授权逻辑。
  • 缺点：需要维护外部 HTTP 服务。

RBAC 详解：

RBAC 是 K8s 中最常用的授权方式，咱们来详细了解一下它的核心概念：

• Role：定义一组权限，例如可以读取 Pod、创建 Service 等。Role 只能作用于单个 Namespace。
• ClusterRole：与 Role 类似，但可以作用于整个集群。
• RoleBinding：将 Role 绑定到用户或组，授予用户或组在特定 Namespace 中的权限。
• ClusterRoleBinding：将 ClusterRole 绑定到用户或组，授予用户或组在整个集群中的权限。

最佳实践：

• 生产环境必须使用 RBAC 进行授权。
• 遵循最小权限原则，只授予用户所需的最小权限。
• 避免直接将 ClusterAdmin 角色授予用户，防止权限过大。
• 定期审查 RBAC 配置，确保权限设置正确。

四、网络隔离 (Network Policies)：Pod 之间，谁能互相访问？

在 K8s 集群中，默认情况下，所有 Pod 之间都可以互相访问。但在实际应用中，我们通常需要对 Pod 进行网络隔离，限制 Pod 之间的访问。Network Policies 提供了这种能力。

• NetworkPolicy 资源：定义了 Pod 之间的访问规则。可以基于 Pod 的标签、Namespace 的标签、IP 地址等进行过滤。

  • Ingress 规则：定义允许哪些流量进入 Pod。
  • Egress 规则：定义允许 Pod 发出哪些流量。

实现原理：

Network Policies 本身只是一组规则，需要网络插件 (例如 Calico、Cilium) 来实现这些规则。网络插件会监听 NetworkPolicy 资源的变化，并将其转换为底层的网络策略 (例如 iptables 规则)。

最佳实践：

• 默认拒绝所有流量，然后逐步放开需要的流量。
• 使用 Namespace 标签和 Pod 标签，灵活定义网络策略。
• 定期审查网络策略，确保策略设置正确。

示例：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-from-namespace
  namespace: my-namespace
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: my-app
  ingress:
  - from:
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          name: allowed-namespace
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 80

这个 NetworkPolicy 允许来自 allowed-namespace Namespace 的 Pod 访问 my-namespace Namespace 中带有 app: my-app 标签的 Pod 的 80 端口。

五、镜像安全 (Image Security)：容器镜像，安全吗？

容器镜像的安全至关重要。如果镜像包含恶意代码或漏洞，可能会对整个集群造成威胁。我们需要对镜像进行安全扫描，确保镜像的安全性。

• 镜像扫描工具：例如 Trivy、Clair、Anchore Engine 等。

  • 原理：扫描镜像中的软件依赖和已知漏洞，生成安全报告。
  • 集成方式：可以集成到 CI/CD 流程中，在镜像构建完成后自动进行扫描。

最佳实践：

• 使用官方镜像或可信来源的镜像。
• 定期扫描镜像，及时发现和修复漏洞。
• 使用最小镜像，减少攻击面。
• 使用镜像签名，验证镜像的完整性。

六、Secret 管理：敏感信息，如何安全存储？

Secret 用于存储敏感信息，例如数据库密码、API 密钥等。K8s 提供了 Secret 资源，但默认情况下，Secret 是以 Base64 编码存储的，安全性较低。我们需要采取额外的措施来保护 Secret。

• 加密存储：使用 KMS (Key Management Service) 对 Secret 进行加密存储。

  • 原理：将 Secret 加密后存储在 etcd 中，只有拥有 KMS 密钥的用户才能解密。
  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --encryption-provider-config 参数，指定 KMS 配置文件的路径。

• 外部 Secret 管理工具：例如 HashiCorp Vault、AWS Secrets Manager 等。

  • 原理：将 Secret 存储在外部系统中，K8s 通过插件或 Sidecar 容器访问 Secret。

最佳实践：

• 使用 KMS 加密存储 Secret。
• 避免将 Secret 存储在代码或配置文件中。
• 使用外部 Secret 管理工具，集中管理 Secret。
• 定期轮换 Secret，防止 Secret 泄露。

七、审计日志 (Audit Logging)：谁干了什么，都要记录下来！

审计日志记录了集群中所有操作的详细信息，例如谁在什么时间创建了什么资源。审计日志对于安全事件的调查和追踪至关重要。

• 审计策略：定义了哪些事件需要记录，以及记录哪些信息。
• 审计后端：指定了审计日志的存储位置，例如文件、Syslog、Webhook 等。

最佳实践：

• 启用审计日志。
• 配置合理的审计策略，记录重要的事件。
• 定期分析审计日志，发现异常行为。
• 将审计日志存储在安全的地方，防止篡改。

八、kube-apiserver 安全：守住 K8s 的大门！

kube-apiserver 是 K8s 集群的核心组件，所有请求都必须经过它。因此，kube-apiserver 的安全至关重要。

• 限制访问：只允许受信任的网络访问 kube-apiserver。

  • 配置：使用防火墙或网络策略限制访问。

• 启用 TLS 认证：使用 TLS 证书对 kube-apiserver 进行加密，防止中间人攻击。

  • 配置：需要在 kube-apiserver 中配置 --tls-cert-file 和 --tls-private-key-file 参数。

• 限制 API 访问：使用 Admission Controller 限制 API 访问，例如禁止创建 privileged 容器。

  • Admission Controller：拦截 API 请求，并根据策略进行验证或修改。
  • 常用 Admission Controller：PodSecurityPolicy、DenyEscalatingExec、AlwaysPullImages 等。

最佳实践：

• 限制 kube-apiserver 的访问。
• 启用 TLS 认证。
• 使用 Admission Controller 限制 API 访问。
• 定期更新 kube-apiserver 版本，修复安全漏洞。

九、总结：K8s 安全，任重道远！

K8s 安全是一个复杂而重要的课题，需要我们不断学习和实践。希望本文能帮助你了解 K8s 的安全风险，并采取有效的措施来保护你的集群。记住，安全不是一蹴而就的，而是一个持续改进的过程。只有不断关注安全，才能构建一个安全可靠的 K8s 集群。

最后，送给大家一句话：安全无小事，防患于未然！

我是 Bug猎手，咱们下期再见！