k8s实现身份认证策略及过程解析

身份认证策略

• X.509客户端证书认证
• 持有者令牌（bearer token）
  • 静态令牌文件（Static Token File）
  • Bootstrap令牌
  • Service Account令牌
  • OIDC（OpenID Connect）令牌
  • Webhook令牌
• 身份认证代理（Authenticating Proxy）
• 匿名请求

API Server启用的身份认证机制

基于认证插件支持多种认证方式，而相应认证插件的启用需要经 由kube-apiserver上的专用选项完成 kubeadm v1.26 部署的集群默认启用的认证机制如右图红框中的选 项，它们依次是

• X509客户端证书认证
• Bootstrap令牌认证
• 身份认证代理
• Service Account认证

注意：API Server并不保证各认证插件的生效次序与定义的次序相同

kubelet启用的身份认证机制

kubelet的REST API端点默认通过TCP协议的10250端口提供，支持管理操作

需要对客户端身份进行认证

• 启用的身份认证
  • webhook
  • x509客户端证书认证
  • 注意：建议显式禁用匿名用户
• API Server是该API端点的客户端，因此，kubelet需要在验证客户端身份时信任给API Server 颁发数字证书的CA

X.509数字证书认证

在双向TLS通信中，客户端持有数字证书，而API Server信任客户端证书的颁发者

• 信任的CA，需要在kube-apiserver程序启动时，通过--client-ca-file选项传递
• 认证通过后，客户端数字证书中的CN（Common Name）即被识别为用户名，而O（Organization）被识别为组名
• kubeadm部署的Kubernetes集群，默认使用 /etc/kubernetes/pki/ca.crt 进行客户端认证
• /etc/kubernetes/pki/ca.crt是kubeadm为Kubernetes各组件间颁发数字证书的CA

静态令牌文件

令牌信息保存于文本文件中 由kube-apiserver在启动时通过--token-auth-file选项加载 加载完成后的文件变动，仅能通过重启程序进行重载，因此，相关的令牌会长期有效 客户端在HTTP请求中，通过“Authorization Bearer TOKEN”标头附带令牌令牌以完成认证

Service Account令牌

• 该认证方式将由kube-apiserver程序内置直接启用
• 它借助于经过签名的Bearer Token来验证请求
  • 签名时使用的密钥可以由--service-account-key-file选项指定，也可以默认使用API Server的tls私钥
• 用于将Pod认证到API Server之上，以支持集群内的进程与API Server通信
  • Kubernetes可使用ServiceAccount准入控制器自动为Pod关联ServiceAccount

OpenID Connect（OIDC）令牌

OAuth3认证机制，通常由底层的IaaS服务所提供

Webhook令牌认证

• 是一种用于验证Bearer Token的回调机制
• 能够扩展支持外部的认证服务，例如LDAP等

身份认证代理

• 由kube-apiserver从请求报文的特定HTTP标头中识别用户身份，相应的标头名称可由特定的选项配置指定
• kube-apiserver应该基于专用的CA来验证代理服务器身份

静态令牌认证配置案例

静态令牌认证的基础配置

• 令牌信息保存于文本文件中
  • 文件格式为CSV，每行定义一个用户，由“令牌、用户名、用户ID和所属的用户组”四个字段组成，用户组为可选字段
  • 格式：token,user,uid,"group1,group2,group3"
• 由kube-apiserver在启动时通过--token-auth-file选项加载
• 加载完成后的文件变动，仅能通过重启程序进行重载，因此，相关的令牌会长期有效
• 客户端在HTTP请求中，通过“Authorization Bearer TOKEN”标头附带令牌令牌以完成认证

配置示例

• ① 生成token，命令：echo "(opensslrand−hex3).(openssl rand -hex 3).(opensslrand−hex3).(openssl rand -hex 8)"
• ② 生成static token文件
• ③ 配置kube-apiserver加载该静态令牌文件以启用相应的认证功能
• ④ 测试，命令：curl -k -H "Authorization: Bearer TOKEN" -k https://API_SERVER:6443/api/v1/namespaces/default/pods/

X509 数字证书认证

X509客户端认证依赖于PKI证书体系，kubeadm部署Kubernetes集群时会自动生成所需要的证书，它们位于/etc/kubernetes/pki目录下

依赖到的PKI体系

另外，对Service Account的token进行签名还需要用到一个可选的密钥对儿

所有的证书

• 各kubelet的证书可在Bootstrap过程中自动生成证书签署请求，而后由Kubernetes CA予以签署
• 各kube-proxy、kube-scheduler和kube-controller-manager也都有相应的数字证书以完成向API Server的身份认证

X509数字证书认证测试

创建客户端私钥和证书签署请求，为了便于说明问题，以下操作在master节点上以/etc/kubernetes/为工作目录

1 生成私钥： (umask 077; openssl genrsa -out ./pki/mason.key 4096)

2 创建证书签署请求： openssl req -new -key ./pki/mason.key -out ./pki/mason.csr -subj "/CN=mason/O=developers"

3 由Kubernetes CA签署证书： openssl x509 -req -days 365 -CA ./pki/ca.crt -CAkey ./pki/ca.key -CAcreateserial -in ./pki/mason.csr -out ./pki/mason.crt

4 将pki目录下的mason.crt、mason.key和ca.crt复制到某部署了kubectl的主机上，即可进行测试

• 这里以k8s-node01为示例；只需要复制mason.crt和mason.key即可，因为集群工作节点上已经有cr.crt文件
• 命令：scp -rp ./pki/{mason.crt,mason.key} k8s-node01:/etc/kubernetes/pki