kubernetes(k8s)集群安全机制RBAC

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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-readerrules:
- 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: defaultsubjects:
- 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: developmentsubjects:
- 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--namespace
roleRef:
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: ClusterRole
name: role-grantor
subjects:
- apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
kind: User
name: user-