三、保护 Kubernetes 网络

3.1 配置 Kubernetes 网络插件

Kubernetes 网络插件是一个 K8s 集群中的必要组件之一，它的主要目的是负责实现容器的网络功能，例如为容器分配 IP、实现容器间通信、提供网络隔离等。不同的网络插件有不同的实现机制，不同的云平台和部署环境也有不同的网络要求，因此，使用哪种网络插件需要根据实际情况进行选择。

常用的 Kubernetes 网络插件有以下几种：

• Flannel：Flannel 是一个简单而高效的容器网络解决方案，它使用了类似于 Overlay 网络的技术，为每个节点分配一个唯一的 IP 地址，并使用 VXLAN 或 UDP 封装来实现容器之间的通信。
  
• Calico：Calico 是一个高性能的容器网络解决方案，可以实现高效的容器间网络通信和网络安全。它使用了 BGP 协议来实现路由，并通过网络策略实现容器访问控制。
  
• Cilium：Cilium 是一种基于 eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) 技术的容器网络解决方案，可以提供高效、安全和可靠的容器间通信。它可以实现网络隔离、网络策略和流量审计等功能。
  

在选择网络插件时，需要考虑以下几个方面：

• 性能：不同的网络插件有不同的性能表现，需要根据实际应用场景进行选择。
  
• 范围：一些网络插件只能为应用程序容器提供内部网络，而另一些则可以为外部服务提供网络服务。
  
• 安全性：一些网络插件提供内置的安全功能来保护容器和云基础设施。
  
• 易用性：一些网络插件提供图形化界面和易用的 API，方便用户部署和管理。
  

3.2 配置 Kubernetes Ingress 控制器

在 Kubernetes 中，Ingress 控制器是一种负责管理外部流量进入 K8s 集群的组件，它可以使用不同的负载均衡算法将外部流量路由到不同的后端服务。Ingress 控制器常常被用于实现 Web 应用程序等场景的负载均衡和流量控制。

使用 Ingress 控制器时，需要设置一些安全规则来保护集群免受恶意攻击。例如：

• 访问控制：可以通过定义网络策略来控制从外部访问特定服务的权限，从而确保服务只能被授权用户和应用程序访问。
  
• SSL/TLS 加密：可以使用 SSL/TLS 加密来保护传输的数据。可以为 Ingress 控制器配置自签名证书或购买权威证书。
  
• 限流：可以使用限流来控制流量，以防止 DDoS 攻击。
  
• 访问日志：可以启用访问日志来记录所有流量，以便进行安全审计和调查。
  

3.3 安全使用 Kubernetes 服务

Kubernetes 服务是一种允许容器之间互相通信的抽象机制，它可以为容器动态生成一个稳定的 IP 地址，并提供负载均衡等重要功能。使用 Kubernetes 服务时，需要注意以下几个方面：

• 访问控制：可以使用 Kubernetes 的内置功能来设置网络策略，控制访问服务的权限。例如，可以禁止外部服务访问一些重要服务。
  
• 安全设置：需要设置安全设置来控制服务的访问权限。例如，可以为服务配置 TLS 证书。
  
• 日志记录：需要记录服务的日志以便于审计和追踪。
  
• 数据保护：需要设置备份和恢复策略以保护服务数据的完整性。
  

四、安全地运行 Kubernetes 工作负载

4.1 如何让 Kubernetes Pod 更安全

在 Kubernetes 中，“Pod”是最小的环境单元，是一个或多个容器的集合。创建一个安全的 Pod 需要考虑以下几个方面：

4.1.1 限制资源

在 Kubernetes 中，可以利用 LimitRange 和在 PodLevel 中使用 resourceQuotas 实现资源的限制，并防止 Pod 超出其可用资源。通过设置资源限制，可以确保容器无法获得超过它应有的资源。

4.1.2 使用安全上下文

通过使用安全上下文，可以为某些容器设置用户 ID（UID）和组 ID（GID）。这可以防止攻击者访问系统级别的文件或进程，并限制容器的能力。

Kubernetes 还允许配置特权上下文机制，在容器中取消安全限制，但这应该谨慎使用，尽可能避免。

4.1.3 启用 Kubernetes pod 安全策略

Kubernetes Pod 安全策略（PodSecurityPolicy）可帮助管理员对 Pod 下的容器应用程序执行强制安全性措施。PodSecurityPolicy 的使用可以防止容器从容器内部攻击宿主机，也可以防止容器之间的攻击。

4.1.4 使用网络隔离

使用 Kubernetes 的网络插件或者其他链路层隔离技术，可以增强 Pod 的网络隔离性和安全性。通过流量隔离，可以限制容器访问其他容器或存储卷等敏感资源，减少网络攻击的发生。

4.2 Kubernetes 容器安全最佳实践

保护容器是保护 Kubernetes 集群的关键。下面介绍几个将有助于提高容器安全性的 Kubernetes 容器安全实践：

4.2.1 选择适当的容器基础映像

合理选择 Docker 容器镜像，标准镜像推荐使用官方的镜像仓库。也可以使用 Docker 的安全组件进行容器基础镜像验证。

4.2.2 确保容器镜像代码病毒和漏洞扫描

使用容器镜像扫描器，确保容器代码没有病毒和漏洞。扫描后把显示代码和漏洞进行修复，以致使用安全镜像。

4.2.3 配置容器安全策略

通过 Kubernetes 的容器安全策略 (PodSecurityPolicy) 配置容器安全策略，推荐使用 runtimeClass 策略 限制特权容器在 Pod 中的使用以及不安全容器的访问权限。

4.2.4 使用容器日志记录

容器日志记录可以方便管理员为容器的活动作出诊断和调整。用标准输出优化容器日志并将其收集至安全中心或外部存储。

4.2.5 运行应用程序多个实例

容器运行时保障应用程序的可用性并提供弹性，如果一个容器在发生故障的情况下，它不会影响应用程序的其余部分。运行多个实例时，确保使用负载均衡器，可使流量通过非常安全的通道路由，从而达到更好的安全保护。

4.2.6 配置网络安全

Kubernetes 集群应该配置网络安全性保障，每个容器都应该拥有自己的 IP 和端口，网络策略可以配置，以限制容器间的流量。

4.3 使用 Kubernetes 操作系统安全性修补程序

除容器安全外，还需要对 Kubernetes 工作节点的本身进行保护。特别是，要定期更新 操作系统的安全修补程序、Kubernetes 组件等。此外，Kubernetes 工作节点应配置安全接入，以限制不必要的访问并保护集群免受未经授权的访问和攻击。可以使用 Kubernetes 各种安全组件，监视和警报安全事件，以及采取必要的措施和修复，以确保 Kubernetes 集群是可靠且安全的。

五、监控和日志管理

5.1 使用 Kubernetes 安全扫描器

使用 Kubernetes 安全扫描器可以自动扫描 Kubernetes 集群中的容器映像和资源配置，查找潜在的安全漏洞和风险。以下是一些常见的安全扫描器：

• Aqua Security：一家提供容器安全和策略管理的公司，其 Aqua Security Scanner 可以扫描应用程序容器映像并提供漏洞分析、风险评估和建议。
• Clair：一个开源的容器漏洞扫描器，它与 CoreOS、Docker、Kubernetes 等平台兼容。
• Anchore：一个开源的容器映像分析工具，它可以评估映像的安全性、配置、性能等方面，并提供警报和建议。
• Sysdig Secure：一种综合安全解决方案，它在 Kubernetes 中提供运行时扫描、攻击检测、一致性和符合性审计等功能。

5.2 在 Kubernetes 中启用日志记录

为了增强安全和故障排除能力，在 Kubernetes 中启用日志记录非常重要。以下是一些常见的日志记录解决方案：

• Fluentd：一种开源的日志收集器和分发器，它可以集中管理多个 Kubernetes 集群中的日志，并将其发送到相应的后端存储、分析或可视化工具中。
• Elasticsearch-Fluentd-Kibana（EFK）堆栈：一个流行的日志记录解决方案，它结合了 Elasticsearch、Fluentd 和 Kibana 三个工具，实现了日志的集中式管理、搜索和可视化。
• Loki：一种开源的日志聚合器，它专门针对 Kubernetes 和容器环境进行了优化，提供高度可扩展和高效的日志收集和查询功能。

5.3 在 Kubernetes 中添加监视

监视 Kubernetes 集群和应用程序的状态可以帮助您及时发现和解决问题，并提高可靠性和可用性。以下是一些常见的监视解决方案：

• Prometheus：一种开源的时间序列数据库和监视系统，它可以监视 Kubernetes 中的各种指标和事件，并提供灵活的警报和查询功能。它还可以与 Grafana 等可视化工具结合使用，使您可以更容易地了解整个系统的状况。
• Datadog：一种集成的监视和分析平台，它支持 Kubernetes、容器等多种技术栈，并提供实时指标、日志和跟踪数据的可视化和警报。
• Sysdig Monitor：一个提供实时容器监视、安全性、性能和可靠性指标的解决方案，支持 Kubernetes、Docker、Mesos 和 Amazon Web Services 等平台。

六、更新和备份 Kubernetes 集群

6.1 使用 Kubernetes 滚动升级

Kubernetes 提供了一种滚动升级的方式来升级您的集群。滚动升级指的是逐步升级集群中的每个节点，确保在进行升级时始终保持集群的可用性。使用滚动升级时，您可以通过控制升级的速度和范围，以确保每个节点都能够成功升级并保持集群的稳定性。参考以下步骤进行 Kubernetes 滚动升级：

• 使用 kubectl drain 命令从集群中排除一个节点，并将其生产负载移到其他节点上。
• 运行 kubectl upgrade 命令以将节点升级到新版本。
• 使用 kubectl uncordon 命令将节点重新加入集群，并让其重新承担生产负载。
• 重复上述步骤，直到所有节点都成功升级为止。

6.2 执行自动备份和还原

您可以使用 Kubernetes 的 Backup and Restore（Velero）插件执行自动备份和还原操作，以保护您的应用程序和数据。Velero 可以备份 Kubernetes 应用程序和其依赖项（如存储、配置和密钥等）的状态，并在需要时将其还原到先前的状态。参考以下步骤使用 Velero 执行 Kubernetes 备份和恢复：

• 安装 Velero 插件并配置备份存储和密钥。
• 运行 velero backup create 命令以创建备份。
• 运行 velero restore create 命令以将备份还原到当前的 Kubernetes 环境。
• 查看通过 velero backup get 命令获得的备份历史记录。

七、 安全 Kubernetes 的最佳实践

7.1 持续漏洞管理和修复

持续漏洞管理和修复是保持 Kubernetes 安全的关键。以下是一些实践建议：

• 使用自动化工具进行漏洞扫描和修复，并确保定期执行扫描操作。
• 及时升级 Kubernetes 版本和容器映像，以修复已知漏洞和安全问题。
• 使用最小特权原则，仅授予容器和节点所需的权限和访问级别。
• 使用网络和安全策略来限制容器和节点之间的通信，并确保安全地与外部应用程序进行通信。

7.2 安全使用 Kubernetes API 对象

Kubernetes API 对象是 Kubernetes 中的核心元素，因此确保安全使用它们非常重要。以下是一些关于安全使用 Kubernetes API 对象的最佳实践：

• 实施访问控制，使用 RBAC 或其他访问控制工具来限制使用 API 对象的用户和服务账户的权限。
• 配置 TLS 加密，Kubernetes API 使用 TLS 保护通信，因此确保启用和正确配置 TLS 加密以防止未经授权的访问和攻击。
• 限制公开访问，不要把 Kubernetes API 暴露在公共网络上，而是将其限制为安全的内部网络。
• 审计和监控 Kubernetes API 的使用，以检测未经授权的访问和异常活动。

7.3 Kubernetes 安全审计策略

Kubernetes 安全审计策略可以帮助您跟踪和监视 Kubernetes 集群中的活动，并帮助您及时检测和响应安全漏洞和攻击。以下是一些最佳实践：

• 跟踪重要的 Kubernetes API 对象和敏感操作（如创建、删除和修改操作）的访问和使用情况。
• 存储审计日志并定期分析它们，以查找异常活动和潜在的安全风险。
• 建立警报和响应机制，以便在检测到安全事件时及时采取行动。
• 定期检查和更新审计策略，以确保其有效性和适应性。