kubernetes实战(八)：k8s集群安全机制RBAC

1、基本概念

　　RBAC(Role-Based Access Control，基于角色的访问控制)在k8s v1.5中引入，在v1.6版本时升级为Beta版本，并成为kubeadm安装方式下的默认选项，相对于其他访问控制方式，新的RBAC具有如下优势：

　　- 对集群中的资源和非资源权限均有完整的覆盖

　　  整个RBAC完全由几个API对象完成，同其他API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

　　要使用RBAC授权模式，需要在API Server的启动参数中加上--authorization-mode=RBAC

　　

2、RBAC原理和用法

2.1 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。同其他API资源对象一样，用户可以使用kubectl或者API调用等方式操作这些资源对象。

　　- 角色(Role)

　　  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，不存在拒绝的规则。在一个命名空间中，可以用角色来定义一个角色，如果是集群级别的，就需要使用ClusterRole了。

　　  角色只能对命名空间内的资源进行授权，下面的例子中定义的角色具备读取Pod的权限：

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
    namespace: default
    name: pod-reader

rules:
- apiGroups: [""]  # 空字符串表示核心API群
  resource: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

　　  rules中的参数说明：

　　  - apiGroup：支持的API组列表，例如：APIVersion: batch/v1、APIVersion: extensions:v1、apiVersion:apps/v1等

　　    resources：支持的资源对象列表，例如：pods、deployments、jobs等

　　    verbs：对资源对象的操作方法列表，例如：get、watch、list、delete、replace、patch等

　　- 集群角色(ClusterRole)

　　  集群角色除了具有和角色一致的命名空间内资源的管理能力，因其集群级别的范围，还可以用于以下特殊元素的授权。

　　  - 集群范围的资源，例如Node

　　    非资源型的路径，例如/healthz

　　    包含全部命名空间的资源，例如pods

　　  下面的集群角色可以让用户有权访问任意一个或所有命名空间的secrets：

kind: ClusterRole
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  # name: secret-reader
  # ClusterRole不受限于命名空间，所以省略了namespace name的定义

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

　　- 角色绑定(RoleBinding)和集群角色绑定(ClusterRoleBinding)

　　  角色绑定或集群角色绑定用来把一个角色绑定到一个目标上，绑定目标可以是User、Group或者Service Account。使用RoleBinding为某个命名空间授权，ClusterRoleBinding为集群范围内授权。

　　  RoleBinding可以引用Role进行授权，下例中的RoleBinding将在default命名空间中把pod-reader角色授予用户jane，可以让jane用户读取default命名空间的Pod：

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default

subjects:
- kind: User
  name: jane
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　  RoleBinding也可以引用ClusterRole，对属于同一命名空间内ClusterRole定义的资源主体进行授权。一种常见的做法是集群管理员为集群范围预先定义好一组角色(ClusterRole)，然后在多个命名空间中重复使用这些ClusterRole。

　　  使用RoleBinding绑定集群角色secret-reader，使dave只能读取development命名空间中的secret：

kind: RoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  name: read-secrets
  namespace: development

subjects:
- kind: User
  name: dave
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　  集群角色绑定中的角色只能是集群角色，用于进行集群级别或者对所有命名空间都生效的授权。

　　  允许manager组的用户读取任意namespace中的secret

kind: ClusterRoleBinding
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
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

2.2 对资源的引用方式

　　多数资源可以用其名称的字符串来表达，也就是Endpoint中的URL相对路径，例如pods。然后，某些Kubernetes API包含下级资源，例如Pod的日志(logs)。Pod日志的Endpoint是GET /api/v1/namespaces/{namespaces}/pods/{name}/log。

　　Pod是一个命名空间内的资源，log就是一个下级资源。要在一个RBAC角色中体现，则需要用斜线/来分割资源和下级资源。若想授权让某个主体同时能够读取Pod和Pod log，则可以配置resources为一个数组：

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

　　资源还可以通过名字(ResourceName)进行引用。在指定ResourceName后，使用get、delete、update、patch动词的请求，就会被限制在这个资源实例范围内。例如下面的声明让一个主体只能对一个叫my-configmap的configmap进行get和update操作：

kind: Role
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
metadata:
  namespace: default
  name: configmap-updater
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["configmap"]
  resourceNames: ["my-configmap"]
  verbs: ["update", "get"]

2.3 常见的角色(Role)示例

　　- 允许读取核心API组中Pod的资源：

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]

　　- 允许读写"extensions"和"apps"两个API组中的deployment资源

rules:
- apiGroups: ["extensions", "apps"]
  resources: ["deployments"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

　　- 允许读写pods及读写jobs

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
- apiGroups: ["batch", "extensions"]
  resources: ["jobs"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

　　- 允许读取一个名为my-config的ConfigMap(必须绑定到一个RoleBinding来限制到一个namespace下的ConfigMap)：

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["configmaps"]
  resourceNames: ["my-config"]
  verbs: ["get"]

　　- 读取核心组的node资源(Node属于集群级别的资源，必须放在ClusterRole中，并使用ClusterRoleBinding进行绑定)：

rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["nodes"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]

 　　- 允许对非资源端点/healthz及其所有子路径进行GET/POST操作(必须使用ClusterRole和ClusterRoleBinding)：

rules:
- nonResourceURLs: ["/healthz", "/healthz/*"]
  verbs: ["get", "post"]

2.4 常用的角色绑定

　　- 用户名Alice@example.com

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

　　- 组名frontend-admins

subjects:
- kind: Group
  name: "frontend-admins"
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　- kube-system命名空间中的默认Service Account

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

　　- qa命名空间中的所有Service Account

subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts:qa
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　- 所有Service Account

subjects:
- kind: Group
  name: system:serviceaccounts
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　- 所有认证用户

subjects:
- kind: Group
  name: system:authentication
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　- 所有未认证用户

subjects:
- kind: Group
  name: system:unauthentication
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

　　- 全部用户

subjects:
- kind: Group
  name: system:authentication
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
- kind: Group
  name: system:unauthentication
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

2.5 默认的角色和角色绑定

　　API Server会创建一套默认的ClusterRole和ClusterRoleBinding对象，其中很多是以system:为前缀的，以表明这些资源属于基础架构，对这些对象的改动可能造成集群故障。

　　所有默认的ClusterRole和RoleBinding都会用标签kubernetes.io/bootstrapping=rbac-defaults进行标记。

　　常见的系统角色如下：

　　有些默认角色不是以system:为前缀的，这部分角色是针对用户的，其中包含超级用户角色cluster-admin，有的用于集群一级的角色cluster-status，还有针对namespace的角色admin、edit、view

　　常见的用户角色如下：

　　- 核心Master组件角色

 2.6 授权注意事项：预防提权和授权初始化

　　RBAC API拒绝用户利用编辑角色或者角色绑定的方式进行提权。这一限制是在API层面做出的，因此即使RBAC没有启用也仍然有效。

　　用户只能在拥有一个角色的所有权限，且与该角色的生效范围一致的前提下，才能对角色进行创建和更新。例如用户user-1没有列出集群中所有secret的权限，就不能创建具有这一权限的集群角色。要让一个用户能够创建或更新角色，需要以下权限：

　　- 为其授予一个允许创建/更新Role或ClusterRole资源对象的角色；

　　  为用户授予角色，要覆盖该用户所能控制的所有权限范围。用户如果尝试创建超出其自身权限的角色或者集群角色，则该API调用会被禁止。

　　如果一个用户的权限包含了一个角色的所有权限，那么就可以为其创建和更新角色绑定；或者如果被授予了针对某个角色的绑定授权，则也有权完成此操作。

　　例如：user1没有列出集群内所有secret的权限，就无法为一个具有这样权限的角色创建集群角色绑定。要使用户能够创建、更新这一角色绑定，则需要有如下做法：

　　- 为其授予一个允许创建和更新角色绑定或者集群角色绑定的角色

　　  为其授予绑定某一角色的权限，有隐式或显式两种方法

　　  - 隐式：让其具有所有该角色的权限

　　  - 显式：让用户授予针对该角色或集群角色绑定操作的权限

　　让user-1有对user-1-namespace命名空间中的其他用户授予admin、edit及view角色

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: role-grantor
rules:
- apiGroups: ["rbac.authorization.k8s.io"]
  resources: ["rolebindings"]
  verbs: ["create"]
- apiGroups: ["rbac.authorization.k8s.io"]
  resources: ["clusterroles"]
  verbs: ["bind"]
  resourceNames: ["admin", "edit", "view"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: role-grantor-binding
  namespace: user-1-namespace
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: ClusterRole
  name: role-grantor
subjects:
- apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: User
  name: user-1

　　在进行第一个角色和角色绑定时，必须让初始用户具备其尚未被授予的权限，要进行初始的角色和角色绑定设置，有以下两种方法：

　　- 使用属于system:masters组的身份，这一群组默认具有cluster-admin这一超级角色的绑定。

　　  如果API Server以--insecure-port参数运行，则客户端通过这个非安全端口进行接口调用，这一端口没有认证鉴权的限制。

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