K8S集群中使用JDOS KMS服务对敏感数据安全加密

基本概念

KMS，Key Management Service，即密钥管理服务，在K8S集群中，以驱动和插件的形式启用对Secret，Configmap进行加密。以保护敏感数据，

驱动和插件需要使用者按照需求进行定制和实现自己的KMS插件，插件可以是gRPC服务器或者启用一个云服务商提供的KMS插件。

本文中演示使用的KMS 服务是京东云舰中的KMS加密服务。

目前KMS分为V1，V2，本文基于V1进行演示。

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架构

内部可以利用kms加密实现自己的加密算法，甚至国密算法。

当用户新建secret资源时，kube-apiserver 会通过gRPC调用kms-plugin，而kms-plugin与加密服务器通信，进行数据加密。

此时如果通过直接获取etcd中的原始数据，内容为密文数据。

当用户获取secret资源内容时，kube-apiserver 会通过gRPC调用kms-plugin，而kms-plugin与加密服务器通信，进行数据解密，将明文展示给用户。

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操作步骤

需要一套已经运行的Kubernetes集群服务，如果是多台master节点，需要同时配置。

新建目录

/etc/kubernetes/kms/jdcloud

新建 EncryptionConfiguration

该配置是kms基本的加密配置，包括加密资源对象，socket地址等等。

apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
kind: EncryptionConfiguration
resources:
  - resources:
    - secrets # 这里表示，只加密secret
    providers:
    - kms:
        name: myKmsPlugin
        endpoint: unix:///var/run/k8s-kms-plugin/kms-plugin.sock # 如果不以pod（jdcloud-kms-plugin.yaml）启动，需要sock文件放到master节点。
        cachesize: 100
        timeout: 3s
    - identity: {}

以上内容保存在/etc/kubernetes/kms/jdcloud/apiserver-encryption.conf

新建 jdcloud kms plugin 配置

kms server的上联信息配置

{
  "AccessKey": "xxx", # 部署前，该参数需要预先知道，
  "SecretKey": "yyy", # 部署前，该参数需要预先知道。
  "KmsEndpoint": "kms.internal.cn-north-1.jdcloud-api.com", # 部署前，该参数需要预先知道。
  "KmsKeyId": "abcd", # 部署前，该参数需要预先知道。
  "KmsSchema": "http",
  "GRPCSocketPath": "/var/run/k8s-kms-plugin/kms-plugin.sock"
}

以上内容保存在/etc/kubernetes/kms/jdcloud/jdcloud-kms-plugin.json

新建 jdcloud kms plugin 服务

该服务是启动socket服务，并按照配置和上联的kms server进行通信，加密和解密数据，并通过socket服务和K8S APIServer交互。

该pod需要在kube-apiserver启动之前启动，否则与apiserver可能产生循环依赖。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  creationTimestamp: null
  labels:
    component: jdcloud-kms-plugin
    tier: control-plane
  name: jdcloud-kms-plugin-node-01
  namespace: kube-system
spec:
  containers:
  - command:
    - /k8s-kms-plugin
    - -f=/etc/kubernetes/kms/jdcloud/jdcloud-kms-plugin.json # 指定json
    image: hub-pub.jdcloud.com/k8s/jdcloudsec/k8s-kms-plugin:v1.0.1 
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    name: jdcloud-kms-plugin
    resources:
      requests:
        cpu: 250m
    volumeMounts:
    - mountPath: /etc/kubernetes/kms/jdcloud/jdcloud-kms-plugin.json # 注意路径
      name: jdcloud-kms-plugin-configfile
      readOnly: true
    - mountPath: /var/run/k8s-kms-plugin/
      name: k8s-kms-plugin-unixsock-directory
      readOnly: false
  hostNetwork: true
  priorityClassName: system-cluster-critical
  volumes:
  - hostPath:
      path: /etc/kubernetes/kms/jdcloud/jdcloud-kms-plugin.json # 注意路径
      type: File
    name: jdcloud-kms-plugin-configfile
  - hostPath:
      path: /var/run/k8s-kms-plugin/
      type: DirectoryOrCreate
    name: k8s-kms-plugin-unixsock-directory
status: {}

以上内容保存在/etc/kubernetes/manifests/jdcloud-kms-plugin.yaml

修改 kube apiserver配置

...
    - --encryption-provider-config=/etc/kubernetes/kms/jdcloud/apiserver-encryption.conf
    image: hub-pub.jdcloud.com/k8s/kube-apiserver:v1.19.9-109
    imagePullPolicy: IfNotPresent
    livenessProbe:
...
    - mountPath: /etc/kubernetes/kms/jdcloud/apiserver-encryption.conf
      name: apiserver-encryption-conf
      readOnly: true
    - mountPath: /var/run/k8s-kms-plugin/
      name: k8s-kms-plugin-unixsock-directory
      readOnly: false
...
  - hostPath:
      path: /etc/kubernetes/kms/jdcloud/apiserver-encryption.conf
      type: File
    name: apiserver-encryption-conf
  - hostPath:
      path: /var/run/k8s-kms-plugin/
      type: DirectoryOrCreate
    name: k8s-kms-plugin-unixsock-directory

修改后保存

验证

在默认的命名空间里创建一个名为 secret1 的 Secret：

kubectl create secret generic secret1 -n default --from-literal=mykey=mydata

用 etcdctl 命令行，从 etcd 读取出 Secret：

etcdctl.sh get /kubernetes.io/secrets/default/secret1 [...] | hexdump -C

结果为加密数据

验证 Secret 在被 API server 获取时已被正确解密：

kubectl describe secret secret1 -n default

该结果为明文，mykey: mydata

产品能力

在K8S集群中，京东内部一直比较重视对敏感数据加密，特别是云舰面对越来越多的金融行业客户，加密服务基本是云舰中的标准配置。

经过产品能力打磨和内部实现，KMS 加密服务和K8S自动化集群以及一键配置创建都在云舰内实现了很好的产品化能力，可以随集群创建，一键启用KMS加密服务。

参考：

1. 使用 KMS 驱动进行数据加密