Kubernetes叢集安全防護實踐

Kubernetes 已成為微服務佈署的標準平台，但其複雜性也帶來了安全挑戰。本文將探討如何應對這些挑戰，並提供最佳實踐，以確保 Kubernetes 叢集的安全。從容器映像檔安全掃描開始，到最小許可權原則的實施，以及網路分段與隔離的策略，我們將逐步解析 Kubernetes 安全的各個環節。同時，我們也會提供一些常用的工具和組態範例，幫助讀者更好地理解和應用這些安全措施。

Kubernetes 安全：高效管理微服務的實踐與挑戰

在現代軟體開發與佈署的領域中，Kubernetes 已成為不可或缺的技術根本。作為容器協調的業界標準，Kubernetes 不僅簡化了微服務的管理，更為企業提供了強大的自動化佈署、擴充套件和管理能力。然而，隨著 Kubernetes 的廣泛採用，其安全性問題也日益凸顯。如何確保 Kubernetes 叢集的安全，已成為企業和開發者共同關注的焦點。

Kubernetes 安全的核心挑戰

Kubernetes 的安全性挑戰主要體現在以下幾個方面：

1. 複雜性增加的安全風險：Kubernetes 的強大功能伴隨著更高的複雜度，這使得安全防護變得更加困難。從容器映像檔的安全性到執行時防護，每一個環節都需要周密的規劃和實施。

2. 最小許可權原則的實施：在 Kubernetes 中實施最小許可權原則（Principle of Least Privilege），是確保系統安全的重要手段。這要求對每個 Pod 和服務帳戶進行精細的許可權控制，以減少潛在的安全漏洞。

3. 網路分段與隔離：Kubernetes 的網路模型預設為扁平化設計，這使得叢集內的 Pod 可以互相通訊。為了增強安全性，需要透過網路分段和隔離策略，限制 Pod 之間的通訊，防止潛在的橫向攻擊。

Kubernetes 安全的最佳實踐

為了應對 Kubernetes 的安全挑戰，以下是一些最佳實踐：

1. 容器映像檔安全掃描

使用工具如 Trivy 或 Clair，對容器映像檔進行定期掃描，及時發現並修復已知漏洞。這不僅能提高容器的安全性，還能減少佈署後的安全風險。

# 使用 Trivy 掃描容器映像檔
trivy image nginx:latest

內容解密：

此指令使用 Trivy 工具對 nginx:latest 映像檔進行安全掃描，主要目的是檢測映像檔中是否存在已知的安全漏洞。Trivy 會分析映像檔的各個層，並比對已知漏洞資料函式庫，以找出潛在的安全問題。這樣的掃描有助於在佈署前修復漏洞，從而提升整體系統的安全性。

2. 實施最小許可權原則

透過 Kubernetes 的 RBAC（根據角色的存取控制）機制，為不同的服務帳戶組態最小許可權。例如，可以為一個只讀的應用程式組態一個具有唯讀許可權的角色，避免其對叢集資源進行不必要的操作。

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

內容解密：

此 YAML 組態定義了一個名為 read-only-role 的角色，該角色僅具有對 Pod 資源的 get 和 list 許可權。這意味著被賦予此角色的使用者或服務帳戶只能檢視 Pod 資訊，而無法對其進行修改或刪除操作。這樣的組態有效地限制了許可權，降低了因許可權過大而導致的安全風險。

3. 網路分段與隔離

使用 Kubernetes 的 Network Policy 功能，可以實作對 Pod 之間通訊的精細控制。例如，可以組態一個 Network Policy，限制特定應用程式只能與特定的資料函式庫 Pod 通訊，從而減少潛在的攻擊面。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: ClusterNetworkPolicy
metadata:
  name: allow-frontend-to-backend
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: backend
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          app: frontend

內容解密：

此 YAML 組態定義了一個名為 allow-frontend-to-backend 的網路策略，該策略允許標籤為 app: frontend 的 Pod 與標籤為 app: backend 的 Pod 通訊。這種組態有效地隔離了不同應用程式之間的流量，增強了叢集內部的安全性。透過這種方式，可以防止未經授權的 Pod 存取敏感服務，從而降低安全風險。

未來趨勢與個人觀點

隨著雲原生技術的持續發展，Kubernetes 的安全性將面臨更多新的挑戰。未來，我們可能會看到更多根據 AI 和機器學習的安全解決方案，用於主動檢測和防禦 Kubernetes 叢集中的潛在威脅。同時，如何在保持系統高用性的同時，進一步增強安全性，將是企業和開發者需要共同探索的重要課題。

個人認為，Kubernetes 的安全性不僅依賴於技術層面的防護，更需要企業文化和開發流程的有機結合。只有透過 DevSecOps 的實踐，將安全性融入到整個軟體開發生命週期中，才能真正實作 Kubernetes 叢集的安全可控。

Kubernetes 安全防護

前言

隨著雲端運算和容器技術的快速發展，Kubernetes 已成為現代應用程式佈署和管理的核心工具。然而，隨著其使用率的增加，安全問題也日益突出。本篇文章旨在探討 Kubernetes 的安全防護策略，幫助讀者瞭解如何保護其叢集和應用程式。

Kubernetes 架構與安全挑戰

Kubernetes 的架構設計使其具有高度的可擴充套件性和彈性，但同時也引入了新的安全挑戰。其主要元件包括控制平面（Control Plane）和工作節點（Worker Nodes），每個元件都有其特定的安全需求。

控制平面安全

控制平面是 Kubernetes 的核心，負責管理叢集的狀態和組態。其主要元件包括：

• kube-apiserver：提供叢集的 API 介面，是所有請求的入口點。
• kube-controller-manager：負責執行叢集的控制迴圈，確保叢集的狀態符合預期。
• kube-scheduler：負責排程 Pod 到適當的工作節點。
• etcd：儲存叢集的組態和狀態資料。

工作節點安全

工作節點是執行應用程式 Pod 的地方，其安全同樣重要。主要元件包括：

• kubelet：負責管理節點上的 Pod 和容器。
• 容器執行環境：如 Docker 或其他容器執行環境。

安全防護策略

為了保護 Kubernetes 叢集和應用程式，需要實施多層面的安全防護策略。

1. 身份驗證和授權

Kubernetes 提供了多種身份驗證和授權機制，包括：

• 靜態 Token：使用預先組態的 Token 進行身份驗證。
• 客戶端憑證：使用 X.509 憑證進行身份驗證。
• RBAC（Role-Based Access Control）：根據角色的存取控制，限制使用者和服務帳戶對叢集資源的存取。

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

2. 網路安全

Kubernetes 網路模型允許 Pod 之間的通訊，但也需要適當的安全措施來限制不必要的通訊。

• 網路策略（Network Policies）：定義 Pod 之間的通訊規則。

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: allow-from-same-namespace
spec:
  podSelector: {}
  ingress:
  - from:
    - podSelector: {}

3. Pod 安全

Pod 是 Kubernetes 中基本的執行單元，其安全組態至關重要。

• Pod 安全策略（Pod Security Policies）：定義 Pod 的安全組態，如是否允許特權模式。

apiVersion: policy/v1beta1
kind: PodSecurityPolicy
metadata:
  name: restricted
spec:
  privileged: false
  runAsUser:
    rule: MustRunAsNonRoot

Kubernetes 安全防護：從基礎到進階

前言

隨著真實世界應用程式的複雜性和可擴充套件性不斷增長，微服務架構逐漸取代了傳統的單體式架構。Kubernetes 已經成為佈署微服務事實上的協調平台。作為一個開發者友好的平台，Kubernetes 提供了不同的組態以適應不同的使用場景，使其成為大多數 DevOps 工程師的首選。然而，Kubernetes 的開放性和高度可組態性增加了其複雜性，而複雜性的增加則導致了錯誤組態和安全問題的出現。如果這些問題被利用，可能會對組織造成重大的經濟影響。

本文旨在幫助讀者瞭解如何保護 Kubernetes 叢集的安全。我們將從 Kubernetes 的基本介紹開始，然後探討不同 Kubernetes 元件和物件的預設組態。我們將討論如何正確組態叢集以確保其安全性，並探索 Kubernetes 提供的內建安全機制，如准入控制器、安全上下文和網路策略。此外，我們還將介紹一些開源工具，這些工具可以補充 Kubernetes 現有的工具包，以提高叢集的安全性。最後，我們將透過一些真實世界的攻擊和漏洞案例，學習如何強化叢集以防止類別似攻擊。

本文適用物件

本文適合已經開始採用 Kubernetes 作為主要佈署/協調平台的 DevOps/DevSecOps 專業人士，以及希望學習如何保護和強化 Kubernetes 叢集的開發者。

本文內容概述

本文將涵蓋以下主題：

1. Kubernetes 基礎與安全簡介：介紹 Kubernetes 的基本概念和安全的重要性。
2. Kubernetes 元件與物件的安全組態：探討不同 Kubernetes 元件和物件的預設組態，並學習如何正確組態以確保安全性。
3. 內建安全機制：深入瞭解 Kubernetes 提供的內建安全機制，如准入控制器、安全上下文和網路策略。
4. 開源工具補充：介紹一些開源工具，這些工具可以用來提高 Kubernetes 叢集的安全性。
5. 真實世界案例分析：透過分析真實世界的攻擊和漏洞案例，學習如何強化叢集以防止類別似攻擊。

結語

隨著 Kubernetes 的不斷演進，本文希望能夠幫助讀者學會如何為自己的環境選擇正確的組態，從而安全地佈署複雜的應用程式。

內容解密：

本文前言部分主要介紹了 Kubernetes 的重要性，以及其安全性的挑戰。接下來，我們將探討 Kubernetes 的安全防護策略和方法，以幫助讀者更好地理解和實踐 Kubernetes 的安全佈署。

此圖示展示了本文的主要內容結構，從前言到具體章節的安排，清晰地呈現了讀者可以從本文中獲得的知識脈絡。

本文簡介與導讀指引

本文《Learn Kubernetes Security》探討Kubernetes的安全議題，從基礎架構到進階安全防禦策略，全面涵蓋了Kubernetes生態系統中的各項安全主題。

本文章節概述

1. Kubernetes 架構介紹：本章節介紹了Kubernetes的基本元件和物件，為後續的安全討論奠定了基礎。
2. Kubernetes 網路模型解析：探討了Kubernetes的網路模型，以及微服務之間的通訊機制。
3. 威脅建模：討論了Kubernetes中的重要資產、威脅行為者，並介紹瞭如何對佈署在Kubernetes上的應用程式進行威脅建模。
4. 最小許可權原則的應用：探討了Kubernetes中的安全控制機制，特別是在實施最小許可權原則方面的應用，包括Kubernetes主體和工作負載的最小許可權設定。
5. 設定Kubernetes安全邊界：本章節討論了Kubernetes叢集中的安全域和安全邊界，並介紹了用於加強安全邊界的安全控制機制。
6. 叢集元件安全強化：針對Kubernetes元件（如kube-apiserver、kubelet等）的敏感組態進行了詳細介紹，並引入了kube-bench工具來協助識別叢集組態錯誤。
7. 認證、授權與准入控制：探討了Kubernetes中的認證和授權機制，並介紹了一些流行的准入控制器。
8. Kubernetes Pod安全強化：討論瞭如何使用CIS Docker Benchmark強化映像檔，並介紹了Kubernetes安全上下文、Pod安全策略以及kube-psp-advisor工具。
9. DevOpsPipeline中的映像檔掃描：介紹了容器映像檔和漏洞的基本概念，並探討瞭如何將Anchore Engine等映像檔掃描工具整合到DevOpsPipeline中。
10. 即時監控與資源管理：本章節介紹了Kubernetes的內建機制，如資源請求/限制和LimitRanger，以及一些監控工具，如Prometheus和Grafana。
11. 縱深防禦策略：討論了與縱深防禦相關的多個主題，包括Kubernetes稽核、高用性、秘密管理、異常檢測和數位鑑識。
12. 加密貨幣挖礦攻擊分析與檢測：本章節介紹了加密貨幣和加密貨幣挖礦攻擊的基本概念，並探討瞭如何使用開源工具（如Prometheus和Falco）檢測挖礦攻擊。
13. 從Kubernetes CVE中學習：本章節分析了幾個著名的Kubernetes CVE及其緩解策略，並介紹了kube-hunter工具，用於識別Kubernetes中的已知漏洞。

閱讀

• 在開始閱讀本文之前，預期讀者具備基本的Kubernetes知識。
• 閱讀過程中，鼓勵讀者以安全思維來看待Kubernetes。
• 本文包含許多強化和保護Kubernetes工作負載組態及元件的範例。除了嘗試這些範例之外，讀者也應思考這些範例如何對映到不同的使用案例。

程式碼下載與資源

排版慣例

• 本文採用特定的排版慣例來區分程式碼、命令列輸入/輸出等。

結語

本文為讀者提供了深入瞭解Kubernetes安全性的機會，從基礎知識到進階技術，全面覆寫了Kubernetes生態系統中的安全主題。無論是初學者還是有經驗的從業者，都能從本文中獲得寶貴的知識和實務經驗。#### 內容解密： 本段落主要介紹了本文《Learn Kubernetes Security》的簡介與導讀指引，包括本文的章節概述、閱讀、程式碼下載與資源，以及排版慣例等內容。本文全面涵蓋了Kubernetes的安全議題，從基礎架構到進階安全防禦策略，為讀者提供了深入瞭解Kubernetes安全性的機會。

Kubernetes架構介紹

傳統應用程式，如Web應用程式，通常遵循模組化架構，將程式碼拆分為應用層、業務邏輯、儲存層和通訊層。儘管採用模組化架構，這些元件仍被封裝和佈署為單體。單體應用程式雖然易於開發、測試和佈署，但維護和擴充套件卻十分困難。這導致了微服務架構的興起。容器執行時（如Docker和Linux Containers（LXC））的發展簡化了微服務的佈署和維護。

微服務架構將應用程式的佈署拆分為小型且相互連線的實體。微服務架構的日益流行促進了諸如Apache Swarm、Mesos和Kubernetes等協調平台的發展。容器協調平台有助於在大規模和動態環境中管理容器。

Kubernetes是一個開放原始碼的容器化應用程式協調平台，支援自動佈署、擴充套件和管理。它最初由Google於2014年開發，目前由雲原生計算基金會（CNCF）維護。Kubernetes是第一個在2018年畢業的CNCF專案。包括Uber、Bloomberg、Blackrock、BlaBlaCar、《紐約時報》、Lyft、eBay、Buffer、Ancestry、GolfNow、Goldman Sachs等在內的全球知名組織都在大規模生產環境中使用Kubernetes（https://kubernetes.io/case-studies/）。大型雲端服務供應商，如Elastic Kubernetes Service（Amazon）、Azure Kubernetes Service（Microsoft）、Google Kubernetes Engine（Google）和Alibaba Cloud Kubernetes（Alibaba），都提供自己的託管Kubernetes服務。

微服務模型中的角色分工

在微服務模型中，應用程式開發人員確保應用程式在容器化環境中正確運作。他們編寫Dockerfile來封裝應用程式。DevOps和基礎設施工程師直接與Kubernetes叢集互動，確保開發人員提供的應用程式包在叢集中平穩執行。他們監控節點、Pod和其他Kubernetes元件，以確保叢集健康。然而，安全需要雙方以及安全團隊的共同努力。要學習如何保護Kubernetes叢集，首先必須瞭解Kubernetes是什麼以及它如何運作。

本章涵蓋主題

• Docker的興起與微服務趨勢 • Kubernetes元件 • Kubernetes物件 • Kubernetes變體 • Kubernetes與雲端供應商

Docker的興起與微服務趨勢

在探討Kubernetes之前，瞭解微服務和容器化的發展非常重要。隨著單體應用程式的發展，開發人員面臨著不可避免的問題： • 擴充套件性：單體應用程式難以擴充套件。事實證明，解決擴充套件性問題的正確方法是透過分散式方法。 • 營運成本：單體應用程式的複雜性增加了營運成本。更新和維護需要仔細分析和足夠的測試，然後才能佈署。這與擴充套件性相反；由於最低資源需求高，您無法輕易縮減單體應用程式。 • 更長的發布週期：單體應用程式的維護和開發門檻顯著提高。對於開發人員來說，當出現錯誤時，在複雜且不斷增長的程式碼函式庫中識別根本原因需要花費大量時間。測試時間顯著增加。隨著程式碼函式庫的複雜性增加，迴歸、整合和單元測試需要更長時間才能透過。當客戶提出請求時，單個功能需要數月甚至一年的時間才能交付。這使得發布週期變長，並對公司的業務產生重大影響。

內容解密：

本段落描述了單體應用程式所面臨的問題，包括擴充套件困難、營運成本高和發布週期長等，這些問題促使了微服務架構的興起。微服務架構透過將應用程式拆分為小型且相互連線的實體來解決這些問題。接下來，我們將探討Docker和Kubernetes如何支援微服務架構。

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title Kubernetes叢集安全防護實踐

package "Kubernetes Cluster" {
    package "Control Plane" {
        component [API Server] as api
        component [Controller Manager] as cm
        component [Scheduler] as sched
        database [etcd] as etcd
    }

    package "Worker Nodes" {
        component [Kubelet] as kubelet
        component [Kube-proxy] as proxy
        package "Pods" {
            component [Container 1] as c1
            component [Container 2] as c2
        }
    }
}

api --> etcd : 儲存狀態
api --> cm : 控制迴圈
api --> sched : 調度決策
api --> kubelet : 指令下達
kubelet --> c1
kubelet --> c2
proxy --> c1 : 網路代理
proxy --> c2

note right of api
  核心 API 入口
  所有操作經由此處
end note

@enduml

此圖示展示了從單體應用程式到微服務架構的演進過程，以及Docker和Kubernetes在此過程中扮演的角色。

Kubernetes元件與物件

Kubernetes元件和物件是構成Kubernetes叢集的基本單位。元件包括節點、Pod、服務等，而物件則是Kubernetes中用於描述期望狀態的資源。

Kubernetes元件

Kubernetes元件包括：

• 節點（Node）：Kubernetes叢集中的工作節點，可以是實體機或虛擬機器。
• Pod：Kubernetes中最小的可佈署單位，包含一個或多個容器。
• 服務（Service）：為Pod提供穩定的網路介面，用於存取Pod中的應用程式。

Kubernetes物件

Kubernetes物件是用於描述期望狀態的資源，包括：

• Deployment：描述Pod的期望狀態，用於管理Pod的佈署和更新。
• Service：描述Pod的網路介面，用於存取Pod中的應用程式。

內容解密：

本段落介紹了Kubernetes元件和物件的基本概念，包括節點、Pod、服務等元件，以及Deployment和Service等物件。這些元件和物件共同構成了Kubernetes叢集，並提供了自動佈署、擴充套件和管理容器化應用程式的能力。