一、概述

1.1 什么是 Kubernetes

Kubernetes 是一个开源的容器编排平台，最初由 Google 设计并捐赠给 Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 孵化。Kubernetes 可以自动化地部署、扩展和管理容器化应用程序，并提供了许多便捷的特性，如服务发现、负载均衡、自我修复等。Kubernetes 的核心理念是将应用程序和基础设施分离，以便更快、更安全、更灵活地开发和部署云原生应用程序。

Kubernetes 的组件可以分为两大类： 控制平面和数据平面。 控制平面包括 Kubernetes API Server、etcd 存储、控制器管理器、调度器等，负责管理存储在 etcd 中的集群状态、决策运行环境中的容器位置、标记、限制等。数据平面包括各种节点，包括容器运行时、kubelet 守护进程、kube-proxy 代理服务器，负责维护容器的生命周期、数据流量、负载均衡等。

Kubernetes 提供了一种能够轻松创建和部署容器的方式，其灵活性和可扩展性使其成为一种非常流行的应用程序部署和管理平台。

1.2 Kubernetes 为什么需要安全

虽然 Kubernetes 具有许多优点，但也有许多安全考虑因素必须被认真考虑。以下是 Kubernetes 安全威胁的一些例子：

1.2.1 权限问题

一个被破坏的容器可以在多个 Pod 之间传播，导致 Kubernetes 集群的整体安全受到威胁。除非良好配置 Kubernetes 中的用户和角色，否则攻击者可能具有比他们应有的更多的权限。

1.2.2 网络问题

由于 Kubernetes 的高度自动化性质，容易使权限分配分散并产生混乱。这种情况下，攻击者可以利用 Kubernetes 上的漏洞横向移动和扩展他们在集群中的访问级别。另外，安全的网络策略和在应用程序层面进行保护，包括服务发现和容器网络配置，保证应用程序和数据不被更容易受到攻击，也可能受到损害。

1.2.3 控制面

如果 Kubernetes API Server 面临攻击活动，则可以修改，添加或删除集群状态，从而危及整个集群的安全性。此外，一个被攻击的 Pod 可以进行许多可能对其他 Pod 或主机产生灾难性后果的活动，例如嗅探流量并尝试修改 Pod 以增加攻击面。

1.2.4 镜像安全问题

容器的镜像可以随时被替换，而没有办法验证该镜像的内容和完整性。因此，出现一个恶意镜像的情况下，整个特定容器中的数据和应用程序可以遭受严重威胁。

1.3 Kubernetes 安全秘籍简介

为了最大化您的 Kubernetes 集群的安全性，必须了解安全性相关的最佳做法和原则。以下是几个基本的 Kubernetes 安全秘籍：

1.3.1 配置 Kubernetes 对象的 RBAC

为保护 Kubernetes 集群，必须对在 Kubernetes 中运行的对象、Pod 和状态对象进行身份验证和授权。Kubernetes Role-Based Access Control（RBAC）为应用于 Kubernetes API 对象的最佳做法之一，以管理访问 Kubernetes API 对象的授权和权限。

1.3.2 使用安全的容器基础映像

可以通过使用最佳安全实践来加强容器的安全性。而选择合适的基础镜像是实现此目标的重要部分，例如，只使用来自可信源的映像，尽可能减少容器中的客户端库数量。

1.3.3 配置 Kubernetes 的网络和策略

安全的网络和防护策略可以保护 Kubernetes 集群免受威胁。通过配置网络插件实现网络隔离，并设置 Pod 和服务之间的网络策略以提高安全性。

1.3.4 使用 Kubernetes 安全扫描器进行安全审计

使用 Kubernetes 安全扫描器可以查找到容器映像中的潜在漏洞，确保每个大容器镜像都没有安全漏洞，需要及时修复。

二、配置 Kubernetes 集群

2.1 Minikube 安装

Minikube 是 Kubernetes 的一种轻量级实现，它可以在局域网内快速搭建一个 Kubernetes 集群用于测试、开发和学习。

2.1.1 Minikube 的安装步骤：

1. 安装虚拟机软件：Minikube 需要在虚拟机中运行，建议使用 VirtualBox 或者 HyperKit。VirtualBox 是跨平台的免费软件，而 HyperKit 是 macOS 中提供的轻量级虚拟化解决方案。
   
2. 安装 kubectl：kubectl 是 Kubernetes 的命令行工具，用于管理 Kubernetes 集群。可以通过以下命令安装：
   

curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl
chmod +x ./kubectl
sudo mv ./kubectl /usr/local/bin/kubectl

在 macOS 上安装 kubectl 的命令如下：

brew install kubectl

安装 Minikube：可以通过以下命令安装 Minikube：

curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube

在 macOS 上安装 Minikube 的命令如下：

brew install minikube

启动 Minikube 集群：

minikube start

运行示例应用：

kubectl run hello-minikube --image=k8s.gcr.io/echoserver:1.4 --port=8080
kubectl expose deployment hello-minikube --type=NodePort
minikube service hello-minikube

以上就是安装和使用 Minikube 的详细步骤了。

2.2 配置 Kubernetes RBAC

Kubernetes RBAC（Role-Based Access Control）是基于角色的访问控制，它定义了一组角色、角色绑定和集群角色绑定，用于限制 Kubernetes 集群中用户、服务账号的权限范围。

2.2.1 Kubernetes RBAC 的配置步骤：

1. 创建角色：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: test-role
rules:
- apiGroups: [""] # "" 代表 core API 组
  resources: ["pods", "pods/log", "services"]
  verbs: ["get", "list", "watch", "create", "update", "patch", "delete"]

这里创建了一个名为 test-role 的角色，它拥有对 Kubernetes 集群中的 pods、services 资源的访问权限。

2. 创建服务账号：

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: test-account
  namespace: test-namespace

这里创建了一个名为 test-account 的服务账号，它将被绑定在后面创建的角色上。

3. 创建角色绑定：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: test-role-binding
  namespace: test-namespace
roleRef:
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
  kind: Role
  name: test-role
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: test-account
  namespace: test-namespace

这里创建了一个名为 test-role-binding 的角色绑定，它将 test-role 与 test-account 绑定在一起，以授予 test-account 对 pods、services 资源的访问权限。

4. 创建命名空间：

apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
  name: test-namespace

这里创建了一个名为 test-namespace 的命名空间，用于隔离上述角色和服务账号的作用范围。

以上就是 Kubernetes RBAC 的配置步骤，通过创建角色、服务账号、角色绑定和命名空间来定义用户、服务账号的权限作用范围。

2.3 配置网络策略

网络策略是 Kubernetes 中用于定义网络访问控制策略的一种机制，它可以限制来自特定 IP 或标签的流量访问 Kubernetes 中的 Pod。

2.3.1 网络策略的配置步骤：

1. 在 Kubernetes 运行网络插件，如 Calico 或者 Cilium，使得网络策略功能可以正常使用。
   
2. 创建网络策略：
   

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: test-network-policy
  namespace: test-namespace
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: test-app
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - ipBlock:
        cidr: 10.0.0.0/24
    - namespaceSelector:
        matchLabels:
          name: test-namespace
    ports:
    - protocol: TCP
      port: 8080

这里创建了一个名为 test-network-policy 的网络策略，它定义了当访问属于 test-namespace 命名空间且包含 app=test-app 标签的 Pod 时，只允许来自 10.0.0.0/24 网段 IP 或 test-namespace 命名空间的 Pod 访问 Pod 的 TCP 8080 端口。

以上就是网络策略的配置步骤了，通过配置网络策略可以控制 Pod 之间的网络通信。

2.4 限制 Kubernetes API 访问

在 Kubernetes 中，可以使用网络策略来控制 Pod 之间和 Pod 与集群中其他资源之间的网络流量。本文介绍如何配置网络策略，以限制 Kubernetes API 的访问流量。

1. 创建一个命名空间：

kubectl create namespace example

2. 创建一个 Label，该 Label 将用于标记要受网络策略保护的 Pod：

kubectl label namespace example name=example

3. 创建 Pod：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: example-pod
  namespace: example
  labels:
    app: example
spec:
  containers:
    - name: example-container
      image: nginx

4. 创建一个网络策略：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
  name: api-policy
  namespace: example
spec:
  podSelector:
    matchLabels:
      app: example
  policyTypes:
  - Ingress
  ingress:
  - from:
    - podSelector:
        matchLabels:
          app: kubernetes

上述策略将禁止任何与带有 label app=example 的 Pod 的入站流量，除非该流量始于带有 label app=kubernetes 的 Pod。请注意，该规则仅限制流量，因此不影响容器的运行状态。

5. 验证策略是否生效：

kubectl run busybox --image=busybox -n example -- sleep 3600
kubectl exec -it busybox -n example -- wget -q -O - http://example-pod
kubectl exec -it busybox -n example -- wget -q -O - kubernetes.default.svc.cluster.local

第一行使用 busybox 镜像创建一个名为 busybox 的 Pod，并执行一个长时间休眠的命令。第二行调用 wget 命令将通过 Pod example-pod 执行 HTTP GET 请求。由于我们已经创建了一个网络策略，该请求将被阻止。第三行调用 wget 命令将访问 kubernetes.default.svc.cluster.local，这是 Kubernetes API 的 DNS 名称。由于我们已经在策略中选择了从 Kubernetes 组件 Pod 的流量，该请求将显示预期的结果。