引言

Kubernetes API Server 组件是 Kubernetes 具有网关性质的组件，它是 Kubernetes 集群资源操作的唯一入口，它通过 HTTP RESTful 的形式暴露服务，允许不同的用户、外部组件等访问它。我们使用 curl 命令去模拟访问 apisever 请求过程中，发生了什么。

iZj6ccqyhc7xduup9vl8mvZ :: ~ » curl --cacert /root/.minikube/ca.crt https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces -k
{
   
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
   },
  "status": "Failure",
  "message": "namespaces is forbidden: User \"system:anonymous\" cannot list resource \"namespaces\" in API group \"\" at the cluster scope",
  "reason": "Forbidden",
  "details": {
   
    "kind": "namespaces"
  },
  "code": 403
}

从上面返回的结果可以看出：

apiserver 识别这次请求的用户为 system:anonymous
apiserver 禁止了该用户 list namespaces，并返回 403
所以通过上面的测试大致了解 apiserver 的工作机制：
首先，它会识别请求的用户是谁（AuthN）
然后，它会识别该用户具有什么样的权限（AuthZ）
而本文将重点介绍认证机制（AuthN）。

k8s认证机制的概述

在 TLS 连接建立之后，请求就进入了认证阶段。在这个阶段，一个或多个认证器模块（由管路员配置）会对请求进行认证，直到其中一个模块认证成功，之后请求的身份等信息会被记录下来，用于后续的授权和准入控制阶段。如果所有的认证器模块都没认证成功，这时候会返回给用户 401 Unauthorized 的错误码。

![[Pasted image 20230715103614.png]]

身份标识

Kubernetes API Server 支持下列两种类别的用户

Kubernetes 管理的用户：service account，由 Kubernetes 集群创建并被集群内的 Pod 使用。
非 Kubernetes 管理的用户：一种是由集群管理员提供 static token 或者是 x509 证书；另一种是通过第三方如 Keystone、Google帐户和LDAP等外部身份提供商进行身份验证的用户。
除了上述用户之外，其他的都被视为匿名用户。

认证策略

Kubernetes 使用 x509 客户端证书，bearer tokens 或者认证代理去认证请求，认证成功之后会将以下属性与请求关联：

Username：标识用户的字符串（人类可读）。
UID：标识用户的字符串，比 Username 更具有唯一性。
Groups：一组字符串，每个字符串标识用户所在的组。如：system:authenticated，它包含了所有已经通过认证的用户。
Extra：map类型，存储了对后续的授权有用的额外信息。

X509 Client Certs

通过给 APIServer 配置 --client-ca-file= 启动参数来使能客户端证书认证策略。该文件为 CA，用于 APIServer 校验客户端证书，如果一个客户端证书验证通过，那么证书主体的 common name 会作为用户名，证书的组织字段作为用户组。
创建私钥

openssl genrsa -out server.key 2048

生成证书请求文件
该证书标识了一个名为 foo123 的用户，归属组于 group1。

openssl req -new -key client.key -out client.csr -subj "/O=group1/CN=foo"

使用根证书签发证书请求
这里使用 minikube 的集群 ca 进行签发。

openssl x509 -req -days 365 -CA /var/lib/minikube/certs/ca.crt -CAkey /var/lib/minikube/certs/ca.key -CAserial /var/lib/minikube/certs/ca.srl -CAcreateserial -in client.csr -out client.crt

带着证书访问 apiserver 可以发现，认证已经通过了，识别出该证书对应的用户是 foo，返回 403 是因为该用户没有查看 namespaces 的权限。

root@minikube:~ curl https://localhost:8443/api/v1/namespaces --cacert /var/lib/minikube/certs/ca.crt  --cert ./client.crt --key ./client.key
{
   
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
   },
  "status": "Failure",
  "message": "namespaces is forbidden: User \"foo\" cannot list resource \"namespaces\" in API group \"\" at the cluster scope",
  "reason": "Forbidden",
  "details": {
   
    "kind": "namespaces"
  },
  "code": 403
}

更对关于如何生成客户端证书的，可以参考这篇文档。 Managing Certificates

Static Token File

通过给 APIServer 配置 --token-auth-file= 启动参数来使能 Bearer Tokens 认证策略。除非重启 APIServer 修改 Token，否则该 Token 不会过期。

iZj6ccqyhc7xduup9vl8mvZ :: ~ » curl --cacert /root/.minikube/ca.crt https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces --header "Authorization: Bearer foo123"
{
   
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
   },
  "status": "Failure",
  "message": "Unauthorized",
  "reason": "Unauthorized",
  "code": 401
}

上图是没有配置 Static Token 的结果，虽然 reason 是未授权的意思，但是返回 401 错误码的意思表示没通过认证。
接下来给 APIServer 配置 Static Token 文件，格式为

token,user,uid,"group1,group2,group3"

foo123,foo,123,"group1,group2"

再次访问，认证已经通过了，识别出该 Bearer Token 对应的用户是 foo，返回 403 是因为该用户没有查看 namespaces 的权限。

iZj6ccqyhc7xduup9vl8mvZ :: ~ » curl --cacert /root/.minikube/ca.crt https://192.168.49.2:8443/api/v1/namespaces --header "Authorization: Bearer foo123"
{
   
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
   },
  "status": "Failure",
  "message": "namespaces is forbidden: User \"foo\" cannot list resource \"namespaces\" in API group \"\" at the cluster scope",
  "reason": "Forbidden",
  "details": {
   
    "kind": "namespaces"
  },
  "code": 403
}

Bootstrap Tokens

Bootstrap Token 是一种简单的 Bearer Token，
这种 Token 是在新建集群或者现有集群中加入节点时使用。一般是由 kubeadm 管理，以 secret 形式保存在 kube-system 命名空间，可以动态地创建删除，并且 kube-controller-manager 中 TokenCleaner 会在 Token 过期时删除。线下 IDC 集群接入 VNode 可以使用这种安全性高的方式来进行接入。

Service Account Tokens

Service Account 在 Kubernetes 集群中有单独的 API，它被看作是集群内的用户。在每一个 namespace 下都有一个名为 default 的 service account，内容如下（1.24以上版本集群）。

apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  creationTimestamp: "2023-06-24T10:09:33Z"
  name: default
  namespace: default
  resourceVersion: "326"
  uid: fd058d58-31f6-4e5f-9f7b-ebd41998b1c5

默认情况下，创建的 pod 如果没有特别指定 service account，都会将 namespace 下默认的 service account 以 volume 的形式挂载到容器的这个目录下 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/，该目录下有三个文件：token、ca.crt、namespace。其中 namespace 指定了 pod 所在的 namespace，ca .crt 用于验证 apiserver 服务端证书， token 则作为客户端身份验证，且为 jwt 形式，解码后如下：

{
   
  "aud": [
    "https://kubernetes.default.svc.cluster.local"
  ],
  "exp": 1721056710,
  "iat": 1689520710,
  "iss": "https://kubernetes.default.svc.cluster.local",
  "kubernetes.io": {
   
    "namespace": "default",
    "pod": {
   
      "name": "host-centos",
      "uid": "d8616e94-5b8a-49e3-994c-82c6fd588b66"
    },
    "serviceaccount": {
   
      "name": "default",
      "uid": "fd058d58-31f6-4e5f-9f7b-ebd41998b1c5"
    },
    "warnafter": 1689524317
  },
  "nbf": 1689520710,
  "sub": "system:serviceaccount:default:default"
}

sub(Subject)：与令牌关联的 ServiceAccount 唯一标识符。
iss(Issuer)：颁发令牌的实体，可通过 --service-account-issuer 启动参数进行配置。
aud(Audience)：接受 JWT 的一方，接受方必须检查该字段以避免攻击。
exp(Expiration Time)：token 的过期时间。
iat(Issuer At)：token 被签发的时间。
nbf(Not Before)：标识 token 在这个时间点之前都是无效的。
kubernetes.io(additional Field)：额外的字段信息，包含了 service account、pod 的一些信息。

使用上述 Bearer Token 的形式进行访问，可以发现认证已经通过。

[root@host-centos /] TOKEN=`cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token`
[root@host-centos /] curl --header "Authorization: Bearer $TOKEN"  https://kubernetes/api/v1/namespaces --cacert /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt
{
   
  "kind": "Status",
  "apiVersion": "v1",
  "metadata": {
   },
  "status": "Failure",
  "message": "namespaces is forbidden: User \"system:serviceaccount:default:default\" cannot list resource \"namespaces\" in API group \"\" at the cluster scope",
  "reason": "Forbidden",
  "details": {
   
    "kind": "namespaces"
  },
  "code": 403
}

假如你的 Pod 没有访问集群内资源信息的需求，那么你可以通过配置 Pod.Spec.AutomountServiceAccountToken 为 false 来取消 Service Account 的挂载。

Webhook Token Authentication

它是一个 hook 点，当请求经过该模块认证时，APIServer 会根据配置文件给远端的 Service 发送 TokenReview 对象用于身份验证，远端服务验证完成之后会把认证信息回填到 TokenReview 的 Status 字段。

通过给 APIServer 配置下列启动参数来使能 Webhook 认证。

--authentication-token-webhook-config-file：webhook 配置文件，复用 kubeconfig 配置，用来描述远端服务和自身客户端信息。
--authentication-token-webhook-cache-ttl：缓存身份验证决策的时间。默认为两分钟。
--authentication-token-webhook-version：确定是使用 authentication.k8s.io/v1beta1 还是 authentication.k8s.io/v1 TokenReview 对象，默认为v1beta1。
Webhook 配置文件
```yaml
apiVersion: v1
kind: Config
clusters:
- name: name-of-remote-authn-service
  cluster:
  certificate-authority: /path/to/ca.pem
  server: https: //authn.example.com/authenticate
  users:
- name: name-of-api-server
  user:
  client-certificate: /path/to/cert.pem
  client-key: /path/to/key.pem
  current-context: webhook
  contexts:

context:
cluster: name-of-remote-authn-service
user: name-of-api-server
name: webhook

**TokenReview Spec**
```yaml
{
"apiVersion": "authentication.k8s.io/v1",
"kind": "TokenReview",
"spec": {
  "token": "014fbff9a07c...",
  "audiences": ["https://myserver.example.com", "https://myserver.internal.example.com"]
}
}

TokenReview Status

{
     
"apiVersion": "authentication.k8s.io/v1",
"kind": "TokenReview",
"status": {
     
  "authenticated": true,
  "user": {
     
    "username": "janedoe@example.com",
    "uid": "42",
    "groups": ["developers", "qa"],
    "extra": {
     
      "extrafield1": [
        "extravalue1",
        "extravalue2"
      ]
    }
  },
  "audiences": ["https://myserver.example.com"]
}
}

Authenticating Proxy

APIServer 可以通过配置以下启动参数来识别请求中特定的 Headers 字段作为用户的信息。

--requestheader-username-headers：按顺序检查请求的 Headers 字段，第一个匹配的将作为用户标识。
--requestheader-group-headers：按顺序检查请求的 Headers 字段，所有匹配的都将作为用户的组。
--requestheader-extra-headers-prefix：按顺序检查请求的 Headers 字段，所有前缀匹配的字段都将作为用户身份的附加信息，将用于后续的授权模块。

假如 APIServer 的启动参数配置如下

--requestheader-username-headers=X-Remote-User
--requestheader-group-headers=X-Remote-Group
--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra-

那么当请求带着下列 Headers 来访问 APIServer 时

GET / HTTP/1.1
X-Remote-User: fido
X-Remote-Group: dogs
X-Remote-Group: dachshunds
X-Remote-Extra-Acme.com%2Fproject: some-project
X-Remote-Extra-Scopes: openid
X-Remote-Extra-Scopes: profile

将会被映射为下列的用户信息

name: fido
groups:
- dogs
- dachshunds
extra:
  acme.com/project:
  - some-project
  scopes:
  - openid
  - profile

为了防止 header 欺骗，认证代理访问 apiserver 时必须提供证书，可以通过给 APIServer 配置启动参数 --requestheader-client-ca-file 用于校验认证代理的证书有效性，--requestheader-allowed-names 用于校验证书的 Common Name。

参考文档

https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/authentication/

Kubernetes 认证机制学习

引言

k8s认证机制的概述

身份标识

认证策略

X509 Client Certs

Static Token File

Bootstrap Tokens

Service Account Tokens

Webhook Token Authentication

Authenticating Proxy

参考文档

热门文章

最新文章

相关课程

相关电子书

相关实验场景

推荐镜像

热门

活动广场

任务中心

开发者评测

高校计划

乘风者计划

训练营

阿里云MVP

话题

直播

下载

镜像站

技术资料

插件

Kubernetes 认证机制学习

引言

k8s认证机制的概述

身份标识

认证策略

X509 Client Certs

Static Token File

Bootstrap Tokens

Service Account Tokens

Webhook Token Authentication

Authenticating Proxy

参考文档

热门文章

最新文章

相关课程

相关电子书

相关实验场景

推荐镜像