【Kubernetes】k8s集群安全机制

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

2.3.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

2.4.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

2.5.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。

2.6.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）

二.鉴权

1.鉴权的方式

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

2.RBAC的角色与角色绑定

2.1.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

2.2.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

2.3.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。

3.Role and ClusterRole的区别与运用

3.1.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

Role的字段定义

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

rule.verbs字段的权限说明

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

3.2.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

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"]

4.RoleBinding 与 ClusterRoleBinding 的区别与运用

4.1.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

RoleBinding 示例1：

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

RoleBinding 示例2：

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

4.2.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

ClusterRoleBinding 示例：

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

5.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}/log
 
kubectl get pods myapp-demo1 -n default
 
HTTP 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: default
  name: 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"

三.准入控制

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,DefaultTolerationSecond

s,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