k8s-身份认证与权限

认证概述

Kubernetes作为一个分布式集群的管理工具，保证集群的安全性是其一个重要的任务。所谓的安全性其实就是保证对Kubernetes的各种客户端进行认证和鉴权操作。

在Kubernetes集群中，客户端通常有两类：

• User Account：一般是独立于kubernetes之外的其他服务管理的用户账号。
• Service Account：kubernetes管理的账号，用于为Pod中的服务进程在访问Kubernetes时提供身份标识。

普通账户是假定被外部或独立服务管理的，由管理员分配 keys，用户像使用 Keystone 或 google 账号一样，被存储在包含 usernames 和 passwords 的 list 的文件里。
需要注意：在 Kubernetes 中不能通过 API 调用将普通用户添加到集群中。

• 普通帐户是针对（人）用户的，服务账户针对 Pod 进程。
• 普通帐户是全局性。在集群所有namespaces中，名称具有惟一性。
• 通常，群集的普通帐户可以与企业数据库同步，新的普通帐户创建需要特殊权限。服务账户创建目的是更轻量化，允许集群用户为特定任务创建服务账户。
• 普通帐户和服务账户的审核注意事项不同。
• 对于复杂系统的配置包，可以包括对该系统的各种组件的服务账户的定义。

认证、授权与准入控制

• ApiServer是访问及管理资源对象的唯一入口。任何一个请求访问ApiServer，都要经过下面三个流程：Authentication（认证）：身份鉴别，只有正确的账号才能够通过认证
• Authorization（授权）： 判断用户是否有权限对访问的资源执行特定的动作
• Admission Control（准入控制）：用于补充授权机制以实现更加精细的访问控制功能。

认证管理

Kubernetes集群安全的最关键点在于如何识别并认证客户端身份，它提供了3种客户端身份认证方式：

• HTTP Base认证：通过用户名+密码的方式认证

这种认证方式是把“用户名:密码”用BASE64算法进行编码后的字符串放在HTTP请求中的Header Authorization域里发送给服务端。服务端收到后进行解码，获取用户名及密码，然后进行用户身份认证的过程。

• HTTP Token认证：通过一个Token来识别合法用户

这种认证方式是用一个很长的难以被模仿的字符串–Token来表明客户身份的一种方式。每个Token对应一个用户名，当客户端发起API调用请求时，需要在HTTP Header里放入Token，API Server接到Token后会跟服务器中保存的token进行比对，然后进行用户身份认证的过程。

• HTTPS证书认证：基于CA根证书签名的双向数字证书认证方式

这种认证方式是安全性最高的一种方式，但是同时也是操作起来最麻烦的一种方式。

HTTPS认证大体分为3个过程：

1. 证书申请和下发

HTTPS通信双方的服务器向CA机构申请证书，CA机构下发根证书、服务端证书及私钥给申请者

2. 客户端和服务端的双向认证

1> 客户端向服务器端发起请求，服务端下发自己的证书给客户端， 客户端接收到证书后，通过私钥解密证书，在证书中获得服务端的公钥， 客户端利用服务器端的公钥认证证书中的信息，如果一致，则认可这个服务器
2> 客户端发送自己的证书给服务器端，服务端接收到证书后，通过私钥解密证书， 在证书中获得客户端的公钥，并用该公钥认证证书信息，确认客户端是否合法

3. 服务器端和客户端进行通信

服务器端和客户端协商好加密方案后，客户端会产生一个随机的秘钥并加密，然后发送到服务器端。 服务器端接收这个秘钥后，双方接下来通信的所有内容都通过该随机秘钥加密

授权管理

#获取有关服务账户的信息
[root@k8s-master ~]# kubectl get  sa
NAME      SECRETS   AGE
default   1         96d
[root@k8s-master ~]# kubectl get serviceaccount
NAME      SECRETS   AGE
default   1         96d

[root@k8s-master ~]# kubectl get sa -n kube-system


[root@k8s-master ~]# kubectl get role -n ingress-nginx
NAME            CREATED AT
ingress-nginx   2024-01-05T03:03:53Z
[root@k8s-master ~]# kubectl get role -n ingress-nginx -oyaml

授权发生在认证成功之后，通过认证就可以知道请求用户是谁， 然后Kubernetes会根据事先定义的授权策略来决定用户是否有权限访问，这个过程就称为授权。
每个发送到ApiServer的请求都带上了用户和资源的信息：比如发送请求的用户、请求的路径、请求的动作等，授权就是根据这些信息和授权策略进行比较，如果符合策略，则认为授权通过，否则会返回错误。
API Server目前支持以下几种授权策略：

• AlwaysDeny：表示拒绝所有请求，一般用于测试
• AlwaysAllow：允许接收所有请求，相当于集群不需要授权流程（Kubernetes默认的策略）
• ABAC：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
• Webhook：通过调用外部REST服务对用户进行授权
• Node：是一种专用模式，用于对kubelet发出的请求进行访问控制
• RBAC：基于角色的访问控制（kubeadm安装方式下的默认选项）
• RBAC(Role-Based Access Control) 基于角色的访问控制，主要是在描述一件事情：给哪些对象授予了哪些权限

其中涉及到了下面几个概念：

• 对象：User、Groups、ServiceAccount
• 角色：代表着一组定义在资源上的可操作动作(权限)的集合
• 绑定：将定义好的角色跟用户绑定在一起

RBAC引入了4个顶级资源对象：

• Role、ClusterRole：角色，用于指定一组权限
• RoleBinding、ClusterRoleBinding：角色绑定，用于将角色（权限）赋予给对象Role、ClusterRole一个角色就是一组权限的集合，这里的权限都是许可形式的（白名单）。

以下是一个 Role 的示例：

# Role只能对命名空间内的资源进行授权，需要指定nameapce
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: dev
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]  # 支持的API组列表,"" 空字符串，表示核心API群
  resources: ["pods"] # 支持的资源对象列表
  verbs: ["get", "watch", "list"] # 允许的对资源对象的操作方法列表
- apiGroups: ["apps"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]

这个 Role 的示例名为 pod-reader，它定义了在 dev 命名空间内对 pods 和 deployments 资源的权限规则。要使 Role 生效，还需要将其绑定到用户、服务帐户或组，这就是 RoleBinding 的作用。
以下是一个 RoleBinding 的示例：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: devman
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

这个示例创建了一个 RoleBinding，将 pod-readerRole 绑定到一个名为 devman 的用户上，使其在 dev 命名空间内具有读取 pods 和 deployments 资源的权限。可以实现在特定命名空间内的细粒度权限控制。

ClusterRole 不仅仅局限于某个命名空间，而是适用于整个 Kubernetes 集群。
以下是一个 ClusterRole 的示例：

# ClusterRole可以对集群范围内资源、跨namespaces的范围资源、非资源类型进行授权
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: cluster-admin
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: ["apps"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "delete"]
- apiGroups: [""]
  resources: ["services"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "delete"]

这个 ClusterRole 的示例名为 cluster-admin，它定义了对 pods、deployments、services 等资源的一系列权限规则。
要使 ClusterRole 生效，还需要将其绑定到用户、服务帐户或组，这就是 ClusterRoleBinding 的作用。

以下是一个 ClusterRoleBinding 的示例：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: admin-binding
subjects:
- kind: User
  name: admin-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: cluster-admin
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

这这个示例创建了一个 RoleBinding，将 pod-readerRole 绑定到一个名为 devman 的用户上，使其在 dev 命名空间内具有读取 pods 和 deployments 资源的权限。可以实现在特定命名空间内的细粒度权限控制。

rules中的参数：

apiGroups: 支持的API组列表

"","apps", "autoscaling", "batch"

**resources：**定义了权限应用于哪种类型的资源

"services", "endpoints", "pods","secrets","configmaps","crontabs","deployments","jobs",
"nodes","rolebindings","clusterroles","daemonsets","replicasets","statefulsets",
"horizontalpodautoscalers","replicationcontrollers","cronjobs"

verbs： 定义了允许执行的操作

"get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete", "exec"

RoleBinding、ClusterRoleBinding

RoleBinding 和 ClusterRoleBinding 是 Kubernetes 中用于将角色（Role）或集群角色（ClusterRole）授予特定用户、组或服务账户的资源。以下是对这两个资源的详解：

RoleBinding

RoleBinding 用于将 Role 授予特定的用户、组或服务账户，并绑定到指定的命名空间。面是一个 RoleBinding 的例子：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: my-role-binding
  namespace: my-namespace
subjects:
- kind: User
  name: my-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: my-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

• subjects: 定义了该绑定应用于哪些用户、组或服务账户。
• roleRef: 定义了要绑定的角色，包括角色的 kind、name 和 apiGroup。
  

ClusterRoleBinding

ClusterRoleBinding 则用于将 ClusterRole 绑定到整个集群。以下是一个 ClusterRoleBinding 的例子：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: my-cluster-role-binding
subjects:
- kind: User
  name: my-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: my-cluster-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

与 RoleBinding 类似，subjects 定义了该绑定应用于哪些用户、组或服务账户，而 roleRef 定义了要绑定的 ClusterRole。

示例：

创建一组 Role 或 ClusterRole 并将它们一一绑定到用户上，这样，一个用户就拥有了这一组角色所定义的权限。
以下是一个示例，演示如何创建一组 Role 并将它们绑定到用户：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: pod-reader-role
  namespace: dev
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list"]

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: service-reader-role
  namespace: dev
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["services"]
  verbs: ["get", "list"]

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: reader-role-binding
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: dev-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

---

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: service-reader-role-binding
  namespace: dev
subjects:
- kind: User
  name: dev-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: service-reader-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

在这个例子中，我们创建了两个 Role 分别为 pod-reader-role 和 service-reader-role，然后通过 RoleBinding 将这两个角色绑定到了用户 dev-user 上。这样 dev-user 就同时拥有了 pod-reader-role 和 service-reader-role 定义的权限。

实战：创建一个只能管理dev空间下Pods资源的账号

创建账号

创建证书

# 1) 创建证书
[root@k8s-master01 pki]# cd /etc/kubernetes/pki/
[root@k8s-master01 pki]# (umask 077;openssl genrsa -out devman.key 2048)
Generating RSA private key, 2048 bit long modulus
............................................................................+++
..............................+++

• 在 /etc/kubernetes/pki/ 目录下执行了生成一个 2048 位的 RSA 密钥命令，并将其输出到名为 devman.key 的文件中。这个密钥文件是为了用于认证和加密通信，通常在 Kubernetes 集群中用于安全传输数据。
• 这样生成的 devman.key 文件现在包含一个新的私钥，可以用于一系列的安全操作，如 TLS 证书签名请求（CSR）的创建、证书签名、TLS 通信等。
  

用apiserver的证书去签署

# 2) 用apiserver的证书去签署
# 2-1) 签名申请，申请的用户是devman,组是devgroup
[root@k8s-master01 pki]# openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj "/CN=devman/O=devgroup"     
# 2-2) 签署证书
[root@k8s-master01 pki]# openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650
Signature ok
subject=/CN=devman/O=devgroup
Getting CA Private Key
#这些命令将使用 CA 的证书和私钥对 devman.csr 中的证书签名请求进行签署，
#生成一个名为 devman.crt 的证书文件。
#这个新的证书现在可以用于认证 devman 用户属于 devgroup 组。

openssl req -new -key devman.key -out devman.csr -subj “/CN=devman/O=devgroup”

• openssl req: 用于生成证书签名请求（CSR）的 OpenSSL 命令。
• -new: 创建一个新的 CSR。
• -key devman.key: 指定私钥文件 devman.key 用于生成 CSR。
• -out devman.csr: 指定生成的 CSR 文件名为 devman.csr。
• -subj “/CN=devman/O=devgroup”: 设置 CSR 中的主题信息，包括通用名称（CN）为 devman 和组织（O）为 devgroup。

openssl x509 -req -in devman.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out devman.crt -days 3650

• openssl x509: 用于对证书进行操作的 OpenSSL 命令。
• -req: 表示要处理的是 CSR 请求。
• -in devman.csr: 指定要处理的 CSR 文件。
• -CA ca.crt: 指定用于签署证书的 CA 证书文件 ca.crt。
• -CAkey ca.key: 指定用于签署证书的 CA 私钥文件 ca.key。
• -CAcreateserial: 生成一个序列号文件，用于跟踪证书的唯一性。
• -out devman.crt: 指定生成的证书文件名为 devman.crt。
• -days 3650: 指定证书的有效期为 3650 天（大约 10 年）。
  

设置集群、用户、上下文信息

#设置 kubectl 集群信息
[root@k8s-master01 pki]#kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --server=https://192.168.235.128:6443
Cluster "kubernetes" set.

#将 devman 用户的凭据（证书和密钥）添加到 kubeconfig 文件中，
#使得用户可以使用这些凭据进行身份验证和访问 Kubernetes 集群
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-credentials devman --embed-certs=true --client-certificate=/etc/kubernetes/pki/devman.crt --client-key=/etc/kubernetes/pki/devman.key
User "devman" set.
#在 kubeconfig 文件中创建一个新的上下文，该上下文指定了集群、用户和命名空间
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config set-context devman@kubernetes --cluster=kubernetes --user=devman
Context "devman@kubernetes" modified.

kubectl config set-cluster kubernetes --embed-certs=true --certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt --serISISver=https://192.168.235.128:6443

这是一个设置 kubectl 集群信息的命令，它包括以下参数：

• –embed-certs=true: 表示将证书信息嵌入到 kubectl 配置文件中。
• –certificate-authority=/etc/kubernetes/pki/ca.crt: 指定 CA 证书的路径。
• –server=https://192.168.109.100:6443: 指定 Kubernetes API 服务器的地址。

这个命令将 kubectl 配置到与 Kubernetes 集群交互所需的信息，包括连接到 API 服务器的方式和使用的证书等。

切换账户到devman

[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

查看dev下pod，发现没有权限

[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "devman" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "dev"

# 切换到admin账户
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".

创建Role和RoleBinding ,为devman用户授权，用于定义在 dev 命名空间中的权限。

# 定义 Role 对象，用于控制对 pods 资源的权限
kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: dev  # 规定该 Role 属于 dev 命名空间
  name: dev-role # 规定该 Role 的名称
rules:
- apiGroups: [""]  # 规定允许的 API 组，此处为空字符串表示核心 API  组
  resources: ["pods"]  # 规定允许的资源类型，此处为 Pods
  verbs: ["get", "watch", "list"] # 规定允许的动作，此处为获取、监视、列表
  
---
# 定义 RoleBinding 对象，将 Role 授权给特定用户
kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: authorization-role-binding # 规定该 RoleBinding 的名称
  namespace: dev # 规定该 RoleBinding 属于 dev 命名空间
subjects:
- kind: User  # 用户类型
  name: devman  # 用户名
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io # API 组
roleRef:
  kind: Role  # 角色类型，引用的是 Role 对象
  name: dev-role # 角色名称，引用的是上面定义的 dev-role
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io  # API 组

[root@k8s-master01 pki]# kubectl create -f dev-role.yaml
role.rbac.authorization.k8s.io/dev-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/authorization-role-binding created

切换账户，再次验证

# 切换账户到devman
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context devman@kubernetes
Switched to context "devman@kubernetes".

# 再次查看
[root@k8s-master01 pki]# kubectl get pods -n dev
NAME                                 READY   STATUS             RESTARTS   AGE
nfs-client-provisioner-5696db47dc-5bjt8   0/1     Error     0             4d2h
pod-configmap                             1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-nodeaffinity-preferred                1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-nodeaffinity-required                 1/1     Running   3 (26m ago)   76d
pod-podaffinity-required                  0/1     Pending   0             76d
pod-toleration                            1/1     Running   3 (26m ago)   77d
taint3                                    1/1     Running   3 (26m ago)   77d


# 为了不影响后面的学习,切回admin账户
[root@k8s-master01 pki]# kubectl config use-context kubernetes-admin@kubernetes
Switched to context "kubernetes-admin@kubernetes".