第 11 屆 iThome 鐵人賽

DAY 2

DevOps

其實我真的沒想過只是把服務丟上 kubernetes 就有這麼多問題只好來參加30天分享那些年我怎麼在 kubernetes 上踩雷各項服務系列第 2 篇

ELK Stack 2 - Secure ELK Stack

11th鐵人賽 kubernetes elk gcp https

Che-Chia (David) Chang

團隊Kubernetes 帝王 - Bared Director

2019-09-17 21:59:49

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2020 It邦幫忙鐵人賽系列文章

Self-host ELK stack on GCP
Secure ELK Stask
監測 Google Compute Engine 上服務的各項數據
監測 Google Kubernetes Engine 的各項數據
使用 logstash pipeline 做數據前處理
Elasticsearch 日常維護：數據清理，效能調校，永久儲存
Debug ELK stack on GCP

對我的文章有興趣，歡迎到我的網站上 https://chechiachang.github.io 閱讀其他技術文章，有任何謬誤也請各方大德直接聯繫我，感激不盡。

上篇Self-host ELK stack on GCP 介紹了，elk stack 基本的安裝，安裝完獲得一個只支援 http (裸奔)的 elk stack，沒有 https 在公開網路上使用是非常危險的。這篇要來介紹如何做安全性設定。

官方的文件在這裡，碎念一下，除非對 ELK 的功能有一定了解，不然這份真的不是很友善。建議從官方文件底下的Tutorial: Getting started with security 開始，過程比較不會這麼血尿。

總之為了啟用 authentication & https，這篇要做的事情：

enable x-pack & activate basic license
Generate self-signed ca, server certificate, client certificate
Configure Elasticsearch, Kibana, & other components to
- use server certificate when act as server
- use client certificate when connect to an ELK server

啟用 X-pack

Elasticsearch 的安全性模組由 x-pack extension 提供，在 6.3.0 之後的版本，安裝 elasticsearch 的過程中就預設安裝 x-pack。

附上啟用的官方文件

然而，由於舊版的 x-pack 是付費內容，目前的 elasticsearch 安裝完後，elasticsearch.yml 設定預設不啟用 x-pack，也就是說沒看到這篇官方文件的話，很容易就獲得沒有任何 security 功能的 ELK。

雖然目前已經可以使用免費的 basic license 使用 security 功能，還是希望官方可以 default 啟用 security。

$ sudo vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

xpack.security.enabled: true

xpack.license.self_generated.type: basic

discovery.type: single-node

我們這邊啟用 xpack.security，同時將 self-generated license 生出來，我們這邊只使用基本的 basic subscription。若希望啟用更多功能，可以看官方subcription 方案介紹

另外，如果不同時設定為 single-node 的話，預設會尋找其他elasticsearch node 來組成 cluster，而我們就必須要在所有 node 上啟用 security，這篇只帶大家做一個 single node cluster，簡化步驟。

重啟 elasticsearch ，檢查 log，看啟動時有沒有載入 x-pack

sudo systemctl restart elasticsearch

$ tail -f /var/log/elasticsearch/elasticsearch.log

[2019-09-16T07:39:49,467][INFO ][o.e.e.NodeEnvironment    ] [elk] using [1] data paths, mounts [[/mnt/disks/elk (/dev/sdb)]], net usable_space [423.6gb], net total_space [491.1gb], types [ext4]
[2019-09-16T07:39:49,474][INFO ][o.e.e.NodeEnvironment    ] [elk] heap size [3.9gb], compressed ordinary object pointers [true]
[2019-09-16T07:39:50,858][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] node name [elk], node ID [pC22j9D4R6uiCM7oTc1Fiw], cluster name [elasticsearch]
[2019-09-16T07:39:50,866][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] version[7.3.1], pid[17189], build[default/deb/4749ba6/2019-08-19T20:19:25.651794Z], OS[Linux/4.15.0-1040-gcp/amd64], JVM[Oracle Corporation/OpenJDK 64-Bit Server VM/12.0.2/12.0.2+10]
[2019-09-16T07:39:50,878][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] JVM home [/usr/share/elasticsearch/jdk]
...
[2019-09-16T07:39:59,108][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] loaded module [x-pack-ccr]
[2019-09-16T07:39:59,109][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] loaded module [x-pack-core]
...
[2019-09-16T07:39:59,111][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] loaded module [x-pack-logstash]
[2019-09-16T07:39:59,113][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] loaded module [x-pack-voting-only-node]
[2019-09-16T07:39:59,114][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] loaded module [x-pack-watcher]
[2019-09-16T07:39:59,115][INFO ][o.e.p.PluginsService     ] [elk] no plugins loaded
[2019-09-16T07:40:07,964][INFO ][o.e.x.s.a.s.FileRolesStore] [elk] parsed [0] roles from file [/etc/elasticsearch/roles.yml]
[2019-09-16T07:40:10,369][INFO ][o.e.x.m.p.l.CppLogMessageHandler] [elk] [controller/17314] [Main.cc@110] controller (64 bit): Version 7.3.1 (Build 1d93901e09ef43) Copyright (c) 2019 Elasticsearch BV
[2019-09-16T07:40:11,776][DEBUG][o.e.a.ActionModule       ] [elk] Using REST wrapper from plugin org.elasticsearch.xpack.security.Security
[2019-09-16T07:40:14,396][INFO ][o.e.d.DiscoveryModule    ] [elk] using discovery type [single-node] and seed hosts providers [settings]
[2019-09-16T07:40:16,222][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] initialized
[2019-09-16T07:40:16,224][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] starting ...
[2019-09-16T07:40:16,821][INFO ][o.e.t.TransportService   ] [elk] publish_address {10.140.0.10:9300}, bound_addresses {[::]:9300}
[2019-09-16T07:40:16,872][INFO ][o.e.c.c.Coordinator      ] [elk] cluster UUID [1CB6_Lt-TUWEmRoN9SE49w]
[2019-09-16T07:40:17,088][INFO ][o.e.c.s.MasterService    ] [elk] elected-as-master ([1] nodes joined)[{elk}{pC22j9D4R6uiCM7oTc1Fiw}{Os-2FBjgSTOd1G_I3QYwVQ}{10.140.0.10}{10.140.0.10:9300}{dim}{ml.machine_memory=7836028928, xpack.installed=true, ml.max_open_jobs=20} elect leader, _BECOME_MASTER_TASK_, _FINISH_ELECTION_], term: 9, version: 921, reason: master node changed {previous [], current [{elk}{pC22j9D4R6uiCM7oTc1Fiw}{Os-2FBjgSTOd1G_I3QYwVQ}{10.140.0.10}{10.140.0.10:9300}{dim}{ml.machine_memory=7836028928, xpack.installed=true, ml.max_open_jobs=20}]}
[2019-09-16T07:40:17,819][INFO ][o.e.c.s.ClusterApplierService] [elk] master node changed {previous [], current [{elk}{pC22j9D4R6uiCM7oTc1Fiw}{Os-2FBjgSTOd1G_I3QYwVQ}{10.140.0.10}{10.140.0.10:9300}{dim}{ml.machine_memory=7836028928, xpack.installed=true, ml.max_open_jobs=20}]}, term: 9, version: 921, reason: Publication{term=9, version=921}
[2019-09-16T07:40:17,974][INFO ][o.e.h.AbstractHttpServerTransport] [elk] publish_address {10.140.0.10:9200}, bound_addresses {[::]:9200}
[2019-09-16T07:40:17,975][INFO ][o.e.n.Node               ] [elk] started
[2019-09-16T07:40:18,455][INFO ][o.e.c.s.ClusterSettings  ] [elk] updating [xpack.monitoring.collection.enabled] from [false] to [true]
[2019-09-16T07:40:22,555][INFO ][o.e.l.LicenseService     ] [elk] license [************************************] mode [basic] - valid
[2019-09-16T07:40:22,557][INFO ][o.e.x.s.s.SecurityStatusChangeListener] [elk] Active license is now [BASIC]; Security is enabled

Enable user authentication

啟用 security 之前，我們直接連入 Kibana http://10.140.0.10:5601 ，不用任何使用者登入，便可以完整使用 Kibana 功能（包含 admin 管理介面）。

啟用 security 後，便需要使用帳號密碼登入。在這邊先用工具把使用者密碼產生出來。

# 互動式
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-setup-passwords interactive

# 自動產生
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-setup-passwords auto

密碼生出來後，就把帳號密碼收好，等等會用到。之後初次登入也是使用這些密碼。

Configure passwords on client-side

由於已經啟用 authentication，其他 ELK 元件 (Kibana, logstash, filebeat, apm-server,...) 連入 Elasticsearch 也都會需要各自的帳號密碼驗證。

以 Kibana 為例，可以直接在 kibana.yml 中直接設定帳號密碼

$ sudo vim /etc/kibana/kibana.yml

elasticsearch.hosts: ["http://localhost:9200"]
xpack.security.enabled: true

elasticsearch.username: "kibana"
elasticsearch.password: "***********"

當然，這邊就是明碼的，看了不太安全。

或是使用 keystore 把 built-in user 的密碼加密，存在 kibana 的 keystore 裡面，重啟 kibana 時便會載入。

/usr/share/kibana/bin/kibana-keystore create
/usr/share/kibana/bin/kibana-keystore add elasticsearch.username
/usr/share/kibana/bin/kibana-keystore add elasticsearch.password

如果有啟用 Filebeat 功能，beat 元件連入 elasticsearch 一樣需要設定

/usr/share/apm-server/bin/filebeat keystore create
/usr/share/apm-server/bin/filebeat add elasticsearch.username
/usr/share/apm-server/bin/filebeat add elasticsearch.password

如果有啟用 application performance monitoring(APM) 功能，apm-server 元件連入 elasticsearch 一樣需要設定

/usr/share/apm-server/bin/apm-server keystore create
/usr/share/apm-server/bin/apm-server add elasticsearch.username 
/usr/share/apm-server/bin/apm-server add elasticsearch.password

Encrypting Communications

上面加了 username/password authentication，但如果沒 https/tls 基本上還是裸奔。接下來要處理連線加密。

官方 tutorial

一堆官方文件，我們先跳過XD

分析一下需求跟規格

我們需要為每一個 node 生一組 node certificate，使用 node certificate 產生 client certificates 提供給其他 client，連入時會驗證 client 是否為 authenticated user。

針對目前這個 single-node ELK stack，我們可能有幾種選擇

簽署一個 localhost，當然這個只能在 localhost 上的客戶端元件使用，別的 node 無法用這個連入
簽署一個 public DNS elk.chechiachang.com，可以在公開網路上使用，別人也可以使用這個DNS嘗試連入
簽署一個私有網域的 DNS，例如在 GCP 上可以使用內部dns服務
- 長這樣 elk.asia-east1-b.c.chechiachang.internal
- [INSTANCE_NAME].[ZONE].c.[PROJECT_ID].internal
有需要也可以一份 server certificate 中簽署複數個 site

我們這邊選擇使用內部 dns，elk.asia-east1-b-c-chechaichang.internal，讓這個 single-node elk 只能透過內部網路存取。

elasticsearch: elk.asia-east1-b.c.chechaichang.internal:9200
kibana: elk.asia-east1-b.c.chechaichang.internal:5601
外部要連近來 kibana，我們使用 vpn 服務連進私有網路

如果想使用外部 dns，讓 elk stack 在公開網路可以使用，ex. elk.chechiachang.com，可以

GCP 的 load balancer掛進來，用 GCP 的 certificate manager 自動管理 certificate
或是在 node 上開一個 nginx server，再把 certificate 用 certbot 生出來

Generate certificates

先把 X.509 digital certificate 的 certificate authority(CA) 生出來。我們可以設定密碼保護這個檔案

mkdir -p /etc/elasticsearch/config

# CA generated with Elastic tool
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-certutil ca \
  -out /etc/elasticsearch/config/elastic-stack-ca.p12

生出來是 PKCS#12 格式的 keystore，包含：

CA 的 public certificate
CA 的基本資訊
簽署其他 node certificates 使用的私鑰(private key)

用 openssl 工具看一下內容，如果有密碼這邊要用密碼解鎖

$ openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/elastic-stack-ca.p12 -info -nokeys

附帶說明，X.509 有多種檔案格式

.pem
.cer, .crt, .der
.p12
.p7b, .p7c
...

另外檔案格式可以有其他用途，也就是說裡面裝的不一定是 X.509 憑證。裡面的內容也不同。

ELK 設定的過程中，由於不是所有的 ELK component 都支援使用 .p12 檔案，我們在設定過程中會互相專換，或是混用多種檔案格式。

Generate certificate

我們用 elastic-stack-ca.p12 這組 keystore裡面的 CA 與 private key，為 elk.asia-east1-b.c.chechiachang.internal 簽一個 p12 keystore，裡面有

node certificate
node key
CA certificate

這邊只產生一組 server certificate 給 single-node cluster 的 node-1

如果 cluster 中有多個 elasticsearch，為每個 node 產生 certificate 時都要使用同樣 CA 來簽署，讓 server 信任這組 CA。

使用 elasticsearch-certutil 簡化簽署過程，從產生 CA ，到使用 CA 簽署 certificate。另外，再產生 certificate 中使用 Subject Alternative Name(SAN)，並輸入 ip 與 dns。

# certificate for site: private dns with Elastic CA
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-certutil cert \
  --ca /etc/elasticsearch/config/elastic-stack-ca.p12 \
  --name elk.asia-east1-b.c.chechaichang.internal \
  --dns elk.asia-east1-b.c.chechaichang.internal \
  --ip 10.140.0.10 \
  -out /etc/elasticsearch/config/node-1.p12

用 openssl 看一下內容，如果有密碼這邊要用密碼解鎖

$ openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -info -nokeys

server 用這個 certificate ，啟用 ssl。

client 使用這個 certificate 產生出來的 client.cer 與 client.key 與 server 連線，server 才接受客戶端是安全的。

記得把所有權還給 elasticsearch 的使用者，避免 permission denied

# Change owner to fix read permission
chown -R elasticsearch:elasticsearch /etc/elasticsearch/config

有密碼記得也要用 keystore 把密碼加密後喂給 elasticsearch

/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-keystore add xpack.security.transport.ssl.keystore.secure_password
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-keystore add xpack.security.transport.ssl.truststore.secure_password

關於 X.509 Certifcate 之後有空我們來聊一下

更新 elasticsearch 設定

Certificates 都生完了，接下來更改 elasticsearch 的參數，在 transport layer 啟用 ssl。啟用 security 後，在 transport layer 啟動 ssl 是必須的。

$ sudo vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

xpack.security.enabled: true
xpack.security.transport.ssl.enabled: true
# use certificate. full will verify dns and ip
xpack.security.transport.ssl.verification_mode: certificate
xpack.security.transport.ssl.keystore.path: /etc/elasticsearch/config/node-1.p12
xpack.security.transport.ssl.truststore.path: /etc/elasticsearch/config/node-1.p12

啟用 security 與 transport layer 的 ssl，然後指定 keystore路徑，讓 server 執行 client authentication
由於這筆 p12 帶有 CA certificate 作為 trusted certificate entry，所以也可以順便當作 trustore，讓 client 信任這個 CA

security 這邊提供了 server side (elasticsearch) 在檢查客戶端連線時的檢查模式(vertification mode)，文件有說明，可以設定

certificate: 檢查 certificate 加密是否有效
full: 簽 node certificate 時可以指定 ip dns，啟用會檢查來源 node ip dns 是否也正確

(Optional) HTTP layer 啟動 ssl

vim /etc/elasticsearch/elasticsearch.yml

xpack.security.http.ssl.enabled: true
xpack.security.http.ssl.keystore.path: /etc/elasticsearch/config/node-1.p12
xpack.security.http.ssl.truststore.path: /etc/elasticsearch/config/node-1.p12

/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-keystore add xpack.security.http.ssl.keystore.secure_password
/usr/share/elasticsearch/bin/elasticsearch-keystore add xpack.security.http.ssl.truststore.secure_password

重啟 elasticsearch，看一下 log

sudo systemctl restart elasticsearch
tail -f /var/log/elasticsearch/elasticsearch.log

然後你就發現，原來 kibana 連入的 http 連線，不斷被 server 這端拒絕。所以以下要來設定 kibana

Kibana

使用剛剛簽的 server certificate，從裡面 parse 出 client-ca.cer，還有 client.cer 與 client.key

mkdir -p /etc/kibana/config

$ openssl pkcs12 --help
Usage: pkcs12 [options]
Valid options are:
 -chain              Add certificate chain
 -nokeys             Don't output private keys
 -nocerts            Don't output certificates
 -clcerts            Only output client certificates
 -cacerts            Only output CA certificates
 -info               Print info about PKCS#12 structure
 -nodes              Don't encrypt private keys
 -in infile          Input filename

# no certs, no descript
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -nocerts -nodes > /etc/kibana/config/client.key
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -clcerts -nokeys > /etc/kibana/config/client.cer
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -cacerts -nokeys -chain > /etc/kibana/config/client-ca.cer

sudo chown -R kibana:kibana /etc/kibana/config/

更改 kibana 連入 elasticsearch 的連線設定

sudo vim /etc/kigana/kibana.yml

elasticsearch.hosts: ["https://elk.asia-east1-b.c.chechaichang.internal:9200"]
xpack.security.enabled: true
elasticsearch.ssl.certificate: /etc/kibana/config/client.cer
elasticsearch.ssl.key: /etc/kibana/config/client.key
elasticsearch.ssl.certificateAuthorities: [ "/etc/kibana/config/client-ca.cer" ]
elasticsearch.ssl.verificationMode: full

指定 ssl.certificate, ssl.key 做連線 elasticsearch server 時的 user authentication
由於我們是 self-signed CA，所以需要讓客戶端信任這個我們自簽的 CA

注意這邊 elasticsearch.hosts 我們已經從 http://localhost 換成 https 的內部 dns，原有的 localhost 已經無法使用（如果 elasicsearch 有 enforce https 的話）

重啟 Kibana，看一下 log

sudo systemctl restart kibana
journalctl -fu kibana

如果沒有一直噴 ssl certificate error 的話，恭喜你成功了

排列組合

除了 kibana 以外，我們還有其他的 client 需要連入 elasticsearch

把上述步驟在 apm-server, filebeat, 其他的 beat 上也設定
如果在 k8s 上，要把 cer, key 等檔案用 volume 掛進去

Kibana 本身也有 server 的功能，讓其他 client 連入。例如讓 filebeat 自動將 document tempalte 匯入 kibana，我們也需要設定

kibana server certificate
filebeat client to kibana server

就是他們彼此互打，都要有 ca, key, cert

但基本上的設定都一樣，下面可以不用看下去了XD

如果有用到再查文件就好，這邊直接小結

小結

設定 security 前要先想號自己的需求，如何連入，安全性設定到哪邊
使用 utility 自簽 CA，然後產生 server certificate
使用 server certificate 再 parse 出 ca-certificate, client cers, key

kibana 作為 server

工作路徑可能是這樣： app(apm-client library) -> apm-server -> kibana -> elasticsearch

kibana 連入 elasticsearch時， kibana 是 client 吃 elasticsearch 的憑證
apm-server 連入 kibana時，kibana 是 server，apm-server 吃 kibana 的憑證

首先更改 kibana 設定

$ sudo vim /etc/kibana/kibana.yml

server.ssl.enabled: true
server.ssl.certificate: /etc/kibana/config/client.cer
server.ssl.key: /etc/kibana/config/client.key

重啟 kibana

journalctl -fu kibana

Apm-server

https://www.elastic.co/guide/en/apm/server/7.3/securing-apm-server.html

應用端的 apm-client (ex. apm-python-client)，連入 apm-server

在 http 的狀況下，雖然有使用 secret-token，但還是裸奔
在 https 的狀況下，要把 certificates，然後餵給應用端的client library

更改 apm-server 的設定

sudo vim /etc/apm-server/apm-server.yml

host: "0.0.0.0:8200"
  secret_token: <設定一組夠安全的 token>

  rum:
    enabled: true

kibana:
  protocol: "https"
  ssl.enabled: true

output.kibana:
  enable: false # can only have 1 output
output.elasticsearch:

monitoring.elasticsearch:
  protocol: "https"
  username: "elastic"
  password: "*******************"
  hosts: ["elk.asia-east1-b.c.checahichang.internal:9200"]
  ssl.enabled: true
  ssl.verification_mode: full
  ssl.certificate_authorities: ["/etc/apm-server/config/client-ca.cer"]
  ssl.certificate: "/etc/apm-server/config/client.cer"
  ssl.key: "/etc/apm-server/config/client.key"

重啟 apm-server

systemctl restart apm-server
journalctl -fu apm-server

APM library

應用端的設定就需要依據 library 的實做設定，例如 flask-apmagent-python

ELASTIC_APM_SERVER_CERT=/etc/elk/certificates/client.cer

apm agent python config server cert

filebeat

記得我們在 node 上有安裝 Self-monitoring filebeat，elasticsearch 改成 ssl 這邊當然也連不盡去了，再做同樣操作

https://www.elastic.co/guide/en/beats/filebeat/7.3/filebeat-reference-yml.html

sudo apt-get install filebeat

mkdir -p /etc/filebeat/config
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -nocerts -nodes > /etc/filebeat/config/client.key
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -clcerts -nokeys > /etc/filebeat/config/client.cer
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -cacerts -nokeys -chain > /etc/filebeat/config/client-ca.cer

Restart filebeat

systemctl restart filebeat
journalctl -fu filebeat

如果你的應用在 kubernetes 上

可以使用下面方法拿到 client.cer ，然後用 secret 塞進 k8s，在用 volume from secrets，掛給監測應用的 filebeat

mkdir -p /etc/beats/config
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -nocerts -nodes > /etc/beats/config/client.key
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -clcerts -nokeys > /etc/beats/config/client.cer
openssl pkcs12 -in /etc/elasticsearch/config/node-1.p12 -cacerts -nokeys -chain > /etc/beats/config/client-ca.cer

gcloud compute scp elk:/etc/beats/config/* .
 client-ca.cer
 client.cer
 client.key
    
kubectl -n elk create secret generic elk-client-certificates \
  --from-file=client-ca.cer=client-ca.cer \
  --from-file=client.cer=client.cer \
  --from-file=client.key=client.key

kubectl apply -f elk/gke/filebeat/