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DevOps

從異世界歸來發現只剩自己不會 Kubernetes系列 第 29 篇

從異世界歸來的第二九天 - Kubernetes Security (二) - RBAC Authorization 權限管理

14th鐵人賽 從異世界歸來 kubernetes k8s rbac
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概述

在昨天的 Context 介紹之中，我們了解到在 Kubernetes 中，是如何管理用戶或者是群組，但是沒有對其的認證機制有太多著墨。那是因為在 Kubernetes 中的認證授權是一門相當大的學問，其中實現的方式跟概念非常複雜，這邊我們就來簡單談談與應用層形影不離的 RBAC 授權。

深入了解 Kubernetes API Server

在任何想要取得 Kubernetes 資源的一端，都需要經過 Authentication(身份認證) 以及 Authorization (授權)的驗證過程， 才能依照被授權的權限進行操作。

Authentication 身份認證

簡單來說就是確認該使用者是否能夠進入 Kubernetes 集群中，一般來說可以分為兩種使用者 - 普通使用者(User) 以及服務帳號(Service Account)。

  • 普通使用者(User)：可以簡單理解成，可以通過 kubectl 指令、或Restful 請求的身份認證，就可以視為一個普通使用者，而這也是我們設定在 Context 中的 user 。
  • 服務帳號(Service Account)：Service Account 本身在 Kubernetes 是屬於 resource 的一種，與普通使用者的全局性不同的是，Service account 是以 namespace 為作用域單位。其針對執行中的 Pod 而言，每個 namespace 被建立時，Kubernetes 都會隨之建立一個名稱為 default的 Service account 並帶有 token 供未來在此 namespace 中產生的 Pod 使用，所以 Pod 將會依照該 Service account 的 token 與 API server 進行認證。

而在 Kubernetes 中有幾種驗證方式：

  • Certificate
  • Token
  • OpenID
  • Web Hook

其中 Certificate 是在普通使用者中被廣泛使用的驗證方式。通過客戶端證書進行身份驗證時，客戶端必須先取得一個有效的 X.509 客戶端證書，然後由 Kubernetes API Server 通過驗證這個證書來驗證你的身份。當然這個 X.509 證書必須由集群 CA 證書簽名，看起來有沒有跟 HTTPS 證書很相似，其中差別只在於 CA 供應方變成 Kubernetes 而已。

最後我們將會實作 X.509 證書完成身份認證，如果對 Certificate 還不夠熟悉的話，可以參考這篇文章。

Authorization 授權

當我們通過了 Authentication (身份認證)後，那僅能代表當前的使用者允許與 Kubernetes API Server 溝通，至於該使用者是否有權限(Permission)請求什麼資源，就是 Authorization 該登場的時候了，Kubernetes API Server 將會在時候審查請求的 API 屬性，像是 user、Api request verb、Http request verb、Resource、Namespace、Api Group… 等。

關於 Authorization Mode 有以下幾種模式：

  • Node
  • ABAC
  • RBAC
  • Webhook

以下我們會以 RBAC 做個介紹並實戰練習。

此外kubectl提供 auth can-i 子命令，用於快速查詢 API 審查：

# 檢查是否可以對 deployments 執行 create
kubectl auth can-i create deployments --namespace default
-----
yes

實戰使用 RBAC(Role-Base Access Control)

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20220929/20149562O5YPYptWMy.png

Role-Base Access Control 顧名思義是指基於 Role 的概念建立的訪問控制，用來調節使用者對 Kubernetes API Server 的訪問的方法，在各類大型系統以及各種雲端平台中廣泛使用。

RBAC 在我們實際工作環境中，就像是超級管理者這個角色一定跟瀏覽者擁有巨大的權限差距一樣，做為內部重要的雲端基礎建設並不希望每個使用者都可以不受限制的建立、刪除資源，為此我們實現了將權限(Permission) 綁定普通使用者以及服務帳號的概念，將複雜的業務權限做的更輕量化，並遵從了權限最小化原則 。

接下來我們將實現使用者取得認證並使用 RBAC 進行角色權限綁定：

1. 建立 Context 並以 X.509 證書驗證普通使用者（user）

首先我們要以自身 Kubernetes 做為 CA 發送方來產生 CA 證書。

產生一個使用者私鑰：

openssl genrsa -out pod-viewer.key 2048
----
-----BEGIN RSA PRIVATE KEY-----

// ...

-----END RSA PRIVATE KEY-----

通過 pod-viewer.key 去產生 CSR (證書簽名請求)，Kubernetes 將會使用證書中的 'subject' 的通用名稱（Common Name）欄位來確定使用者名稱：

openssl req -new -key pod-viewer.key -out pod-viewer.csr -subj "/CN=pod-viewer/O=app"
------
-----BEGIN CERTIFICATE REQUEST-----

// ... 

-----END CERTIFICATE REQUEST-----

有了CSR，我們就可以把它交給集群管理者(在這裡是指我們) 通過集群 CA 簽署客戶端證書。

所以我們需要去 docker-desktop 的節點中取得 CA 根憑證，用此來簽署所有須要通訊的證書。

下載 kubectl-node-shell 進入 docker-desktop 節點並取得 CA 內容：

curl -LO https://github.com/kvaps/kubectl-node-shell/raw/master/kubectl-node_shell
chmod +x ./kubectl-node_shell
sudo mv ./kubectl-node_shell /usr/local/bin/kubectl-node_shell

kubectl node-shell docker-desktop // 進入 docker-desktop 節點

cat /etc/kubernetes/pki/ca.crt // 在本地新增一個 ca.crt 檔案將打印出的內容填入
cat /etc/kubernetes/pki/ca.key // 在本地新增一個 ca.key 檔案將打印出的內容填入

此時我們的目錄底下應該會有以下四個檔案：

ls
------
ca.crt            ca.key            pod-viewer.csr    pod-viewer.key

接下來就用拿到的根憑證來產生一個被集群 CA 簽署過的證書：

openssl x509 -req -in pod-viewer.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out pod-viewer.crt -days 365

此時我們將會獲得一個 pod-viewer.crt 的證書，可以使用以下指令來查看詳細內容：

openssl x509 -noout -text -in pod-viewer.crt
------
Data:
        Version: 1 (0x0)
        Serial Number:
            8f:ac:d9:57:79:80:11:8d
    Signature Algorithm: sha256WithRSAEncryption
        Issuer: CN=kubernetes
        Validity
            Not Before: Sep 27 10:24:39 2022 GMT
            Not After : Sep 27 10:24:39 2023 GMT
        Subject: CN=pod-viewer
        Subject Public Key Info:
            Public Key Algorithm: rsaEncryption
                RSA Public-Key: (2048 bit)
                Modulus:
// ...

到這裡我們有了證書之後就可以開始建立 Context與User了。

使用證書建立一個 User ：

kubectl config set-credentials pod-viewer \
    --client-certificate=ca.crt \
    --client-key=ca.key \
    --embed-certs=true
-------
User "pod-viewer" set.

使用上一篇的指令建立一個 Context ：

kubectl config set-context only-view --cluster=docker-desktop --user=pod-viewer
------
Context "only-view" created.

這裡我們建立了一個 Context ，指向我們現有的 docker-desktop 集群，而 user 是還沒被授權的 pod-viewer 。

查看 kubeconfig 中的設定一下：

kubectl config view
------

apiVersion: v1
clusters:
- cluster:
    certificate-authority-data: DATA+OMITTED
    server: https://kubernetes.docker.internal:6443
  name: docker-desktop
contexts:
- context:
    cluster: docker-desktop
    user: docker-desktop
  name: docker-desktop
- context:
    cluster: docker-desktop
    user: pod-viewer
  name: only-view
current-context: docker-desktop
kind: Config
preferences: {}
users:
- name: docker-desktop
  user:
    client-certificate-data: REDACTED
    client-key-data: REDACTED
- name: pod-viewer
  user:
    client-certificate-data: REDACTED
    client-key-data: REDACTED

可以看到我們的 Context 已經配置完畢，但此時我們只完成了 Authentication ，並沒有獲得任何權限，可以大膽猜測目前我們可以與集群溝通但不能取得任何資源。

切換到 pod-viewer context 並試圖查看 pod 資訊：

kubectl config use-context only-view
-------
Switched to context "only-view

kubectl get pod
-------
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "pod-viewer" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"

如預期的 only-view 的 pod-viewer 並沒有擁有任何權限，所以不能通過 Authorization 。

2. 使用 RBAC 授權給使用者

在開始操作之前我們需要對 RBAC 有進一步的了解，它是 Kubernetes v1.8 正式引入的 Authorization 機制，也就是一種管制訪問 k8s API 的機制。管理者可以透過 rbac.authorization.k8s.io這個 API 群組來進行動態的管理配置。主要由 Role、ClusterRole、RoleBinding、ClusterRoleBinding 等資源組成。

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20220929/20149562PYHD14cXKE.png

透過適當的教色配置與授權分配，管理者可以決定使用者可以使用哪些功能。在 RBAC 下的角色會被賦予指定的權限(permission) 並實現最小權限源則，對比於限制特定權限的方式更為嚴謹。

Role vs ClusterRole

角色是一組許可規則的集合，Role 用來定義某個 namespace 內的訪問許可，而 ClusterRole 則是一個集群資源。有個以上兩種不同顆粒細度的資源作用範圍，可以使我們更好方便將權限拆分的更仔細。如果系統管理員沒有 ClusterRole 的權限，那代表的是他需要將每個 namespace 一一綁定到需要集群等級權限的使用者，那將是 DevOps 的一大夢魘。

就來看看實際例子：

# role.yaml
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: default # 定義在 default 命名空間
  name: pod-viewer       # Role 名稱 
rules:
- apiGroups: [""] # “” 默認代表 apiVersion:v1
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

role.yaml 聲明了一個作用在 namespace kube-system 中的 Role 物件，並允許 Role 能夠對 pods 進行限定操作。

構成一個 Rule 需要宣告三部分：

  • apiGroups：資源所屬的API組："" 預設為 core 組資源，如：extensions、apps、batch等。Kubernetes API 參考文件
  • resources：資源，如： pods、deployments、services、secrets 等。
  • verbs：動作，如： get、list、watch、create、delete、update 等。

在提供一個 ClusterRole 的例子：

# cluster-role.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: cluster-pod-viewer
rules:
- apiGroups: [""] 
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]

很清楚的看出兩者的差異在於 ClusterRole 並不需要指定 namespace 。

首先需要將 context 切回集群管理者的 context 才有權限建立起剛剛的 Role ：

# 記得先切換回 docker-desktop
kubectl config use-context docker-desktop
------
Switched to context "docker-desktop".

kubectl apply -f role.yaml
------
role.rbac.authorization.k8s.io/pod-viewer created

成功建立！但這時我們還未將任何使用者與此 Role 資源綁定，所以接下來就要設定 RoleBinding 或 ClusterRoleBinding 。

RoleBinding vs ClusterRoleBinding

以上我們已經擁有了一個帶有授權的 Role，下一步我們需要將此角色綁定到指定使用者，才能將角色中定義好的授權賦予給一個或一組使用者使用，及是以下的 Subject 代表被綁定的對象。

https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20220929/20149562tW6IxaufUw.png

被綁定的對象可以是

User ：對於名稱為 alice@example.com 的用戶

**subjects**:
- **kind**: User
  **name**: "alice@example.com"
  **apiGroup**: rbac.authorization.k8s.io

Service Account ：對於 kube-system 命名空間中的 default 服務賬戶

**subjects**:
- **kind**: ServiceAccount
  **name**: default
  **namespace**: kube-system

Group ：在 Kubernetes 中我們可以指定符合特定前綴，將符合條件的使用者劃分為同一組。

# 對於"qa" 名稱空間中的所有服務賬戶
subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts:qa
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
# 對於所有用戶
subjects:
- kind: Group
  name: system:authenticated
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
- kind: Group
  name: system:unauthenticated
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

接下來就讓我們將 RoleBinding 實現出來：

# role-binding.yaml
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: pod-viewer-rolebinding
  namespace: default #授權的名稱空間為 default
subjects:
- kind: User
  name: pod-viewer # 繫結 pod-viewer 使用者
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-viewer # 繫結 Role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

建立 RoleBinding 資源：

kubectl apply -f role-binding.yaml
------
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/pod-viewer-rolebinding created

這時就可以切回我們先前建立好的 pod-viewer 的 context：

kubectl config use-context pod-viewer
------
Switched to context "pod-viewer".

現在就來驗證相關權限是否如預期綁定：

# 成功取得 pod 資訊(此時沒有任何 pod 在執行)
kubectl get pod -n default
------
No resources found in default namespace.

# 成功收到 forbidden 阻止查看資源
kubectl get pod -n kube-system
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "pod-viewer" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "kube-system"

大功告成～！

結論

到此我們就已經順利的完成了一個完整的 RBAC 流程了，Kubernetes 中在講述權限的篇幅其實非常多，不只是需要對 Kubernetes 資源有一定的了解，更要對認證與授權這些大觀念有深入的概念才可以一窺其妙，加上各種主流或少見的驗證方法，是相對進階的課題了，有興趣的同學真的很推薦把關於這邊的官方文件都啃過一遍，肯定可以跟我一樣讀的頭破血流的^_^。

狂賀₍₍ ◝(　ﾟ∀ ﾟ )◟ ⁾⁾♪

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──── 雷N │ 後端工程師 / iThome 鐵人賽戰友

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https://ithelp.ithome.com.tw/upload/images/20231030/201495629BWPC1wajW.png

相關程式碼同時收錄在：

https://github.com/MikeHsu0618/2022-ithelp/tree/master/Day29

Reference

管理服务账号

https://github.com/kvaps/kubectl-node-shell

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