Kubernetes 安全強化實戰：玄貓經驗分享

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Kubernetes 已成為容器協調的事實標準，但其複雜性也帶來了安全挑戰。本文整理多年實戰經驗，探討 Kubernetes 安全強化策略，涵蓋容器映象安全、Pod 安全策略、網路隔離、RBAC 授權、Secret 管理、日誌稽核、威脅檢測等關鍵導向。從供應鏈安全到執行時安全，提供全方位防護建議，並分享一些實用的工具和技巧，協助台灣開發者建構更安全的 Kubernetes 環境。

過往經驗顯示，許多開發者常忽略容器映象的安全性，使用未經掃描或含有已知漏洞的映象。此外，不當的 RBAC 許可權組態、未加密的 Secret、以及缺乏網路隔離策略，都可能導致 Kubernetes 叢集暴露於風險之中。因此，除了基本的安全設定外，更需注重縱深防禦策略，例如多層次網路隔離、入侵偵測系統、以及安全日誌分析，才能有效防範各種攻擊。實務上，我們曾協助客戶匯入多階段構建流程，有效減少映象體積並移除不必要的工具，降低攻擊面。同時，也建議搭配映象掃描工具，例如 Trivy 或 Clair，及早發現潛在漏洞。在網路安全方面，除了 NetworkPolicy 外，也建議使用服務網格技術，例如 Istio，提供更細緻的流量控管和安全防護。

Kubernetes安全強化：玄貓的實戰經驗分享

作為一位在雲原生領域深耕多年的技術專家，玄貓深知 Kubernetes 在現代應用佈署中的重要性。然而，Kubernetes 的複雜性也帶來了許多安全挑戰。美國國家安全域性（NSA）和網路安全暨基礎設施安全域性（CISA）聯合發布的這份 Kubernetes 強化，為我們提供了一份寶貴的參考。我將結合我的實戰經驗，探討這份中的關鍵要點，並分享一些額外的安全強化技巧。

Kubernetes安全風險：供應鏈、惡意攻擊與內部威脅

這份明確指出，Kubernetes 的三大安全風險來源於供應鏈、惡意攻擊者和內部威脅。

  • 供應鏈風險： 這部分風險往往難以控制，可能出現在容器構建的各個階段，甚至在基礎設施採購時就已埋下隱患。例如，使用的基礎映象存在漏洞，或是構建工具被植入惡意程式碼。
  • 惡意攻擊者： 攻擊者會利用 Kubernetes 架構中的漏洞和錯誤組態，例如控制平面、工作節點或容器化應用程式本身的漏洞。
  • 內部威脅： 內部人員，包括管理員、使用者，甚至是雲端服務供應商，都可能濫用其擁有的特權，對 Kubernetes 基礎設施造成威脅。

玄貓建議：強化 Kubernetes 安全的七大策略

為了應對這些風險，NSA 和 CISA 提出了七項關鍵的強化策略。我將逐一分析這些策略，並分享我的一些實戰經驗。

1. 掃描容器與 Pod：及早發現漏洞與錯誤組態

容器映象和 Pod 中可能存在已知的漏洞或錯誤組態。定期掃描可以幫助我們及早發現這些問題，並採取相應的修復措施。

玄貓經驗： 我曾經在一個專案中，因為使用了過時的基礎映象，導致應用程式存在一個嚴重的安全漏洞。幸好我們定期進行容器掃描，及時發現並修復了這個問題。

2. 最小許可權原則：降低容器與 Pod 的潛在危害

確保容器和 Pod 僅具有執行其功能所需的最小許可權。這可以有效降低容器被攻破後造成的潛在危害。

玄貓經驗： 在為某金融科技公司設計分散式系統時，我發現許多開發者習慣直接使用 root 許可權執行容器。我強烈建議他們改用非 root 使用者，並仔細組態容器的許可權，以降低安全風險。

3. 網路隔離：控制安全事件的影響範圍

使用網路策略來限制容器之間的網路流量，並將不同的應用程式佈署在不同的網路名稱空間中。這可以有效控制安全事件的影響範圍。

玄貓經驗： 我曾經參與一個大型電商平台的 Kubernetes 網路安全架構設計。我們將不同的業務模組佈署在不同的網路名稱空間中，並使用網路策略來限制它們之間的網路流量。當其中一個模組出現安全問題時，其他模組不會受到影響。

4. 防火牆與加密：保護網路連線與資料機密性

使用防火牆來限制不必要的網路連線，並使用 TLS 加密來保護資料的機密性。

玄貓經驗： 我在為某雲端服務供應商提供安全諮詢時，發現他們沒有對 Kubernetes 叢集的 API 伺服器進行 TLS 加密。我強烈建議他們立即啟用 TLS 加密，以防止敏感資料被竊取。

5. 強身份驗證與授權：限制使用者與管理員的存取許可權

使用強身份驗證機制（例如多因素驗證）來驗證使用者和管理員的身份，並使用根據角色的存取控制（RBAC）來限制他們的存取許可權。

玄貓經驗： 我曾經看到一個 Kubernetes 叢集的管理員帳戶使用了弱密碼，導致叢集被輕易攻破。我建議所有使用者和管理員都使用強密碼，並啟用多因素驗證。

6. 稽核日誌：監控潛在的惡意活動

啟用 Kubernetes 的稽核日誌功能，並定期分析日誌，以便及早發現潛在的惡意活動。

玄貓經驗： 我曾經透過分析 Kubernetes 的稽核日誌，發現一個未經授權的使用者試圖存取敏感資源。我們立即採取行動，阻止了這次攻擊。

7. 定期審查與漏洞掃描：持續提升安全態勢

定期審查 Kubernetes 的所有設定，並使用漏洞掃描工具來確保所有風險都得到適當的處理，並且所有安全補丁都已應用。

玄貓經驗： 我建議至少每季度進行一次 Kubernetes 安全審查，並在每次發布新版本之前進行全面的漏洞掃描。

玄貓補充：額外的 Kubernetes 安全強化技巧

除了上述七項策略之外，我還想分享一些額外的 Kubernetes 安全強化技巧：

  • 使用映象簽章： 驗證容器映象的完整性，確保映象未被篡改。
  • 限制容器資源使用： 避免容器消耗過多的資源，導致 Denial of Service (DoS) 攻擊。
  • 使用 Pod 安全策略 (PSP) 或 Pod 安全標準 (PSS)： 限制 Pod 的能力，降低安全風險。
  • 定期更新 Kubernetes 版本： 保持 Kubernetes 版本在最新狀態，以取得最新的安全補丁。

為何強化 Kubernetes 安全至關重要：玄貓的安全實戰分享

在雲原生時代，Kubernetes (K8s) 已成為容器協調的標準。但隨著 K8s 應用日益普及，安全風險也隨之增加。身為一個在 K8s 領域打滾多年的技術專家，玄貓認為強化 K8s 安全至關重要，這不僅能保護敏感資料，還能確保服務的穩定執行。

K8s 架構安全概觀：玄貓帶你瞭解風險熱點

在探討 K8s 安全之前，讓玄貓先帶大家快速回顧 K8s 的架構。K8s 主要由控制平面 (Control Plane) 和工作節點 (Worker Node) 組成。

  • 控制平面：負責叢集的管理和控制，包含 kube-apiserver、etcd、kube-scheduler 和 kube-controller-manager 等核心元件。
  • 工作節點：執行實際應用程式的節點，包含 kubelet 和 kube-proxy。

每個元件都有其潛在的安全風險。例如，未授權的存取、組態錯誤、漏洞利用等。因此，必須採取多層防禦策略，才能有效保護 K8s 叢集。

K8s 安全威脅模型：玄貓的經驗之談

玄貓在過往的經驗中，整理出幾項 K8s 常見的威脅：

  • 容器漏洞：容器映象中可能存在漏洞，攻擊者可利用這些漏洞入侵容器。
  • 不安全的組態：不當的 RBAC 授權、未加密的 Secret 等，都可能導致安全風險。
  • 網路攻擊：未經授權的網路存取、DDoS 攻擊等，都可能影響 K8s 服務的可用性。
  • 供應鏈攻擊：惡意程式碼可能透過供應鏈進入 K8s 環境。

Pod 安全強化：玄貓的容器安全最佳實踐

Pod 是 K8s 中最小的佈署單元。強化 Pod 安全是 K8s 安全的基礎。

避免以 Root 許可權執行容器：玄貓的許可權最小化原則

預設情況下，容器以 root 許可權執行。這意味著容器內的行程擁有 root 許可權，一旦容器被入侵，攻擊者就能輕易控制整個節點。玄貓強烈建議，應盡可能避免以 root 許可權執行容器。

可以透過設定 securityContext.runAsUser 和 securityContext.runAsGroup 來指定容器以非 root 使用者身份執行。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: non-root-pod
spec:
  securityContext:
    runAsUser: 1000
    runAsGroup: 3000
  containers:
  - name: main
    image: your-image

內容解密

  • securityContext：定義 Pod 的安全上下文。
  • runAsUser：指定容器內行程的使用者 ID。
  • runAsGroup：指定容器內行程的群組 ID。

開發不可變的容器檔案系統：玄貓的防篡改技巧

為了防止容器內的檔案被篡改，玄貓建議將容器的檔案系統設定為唯讀。可以透過設定 securityContext.readOnlyRootFilesystem 為 true 來實作。

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: readonly-pod
spec:
  containers:
  - name: main
    image: your-image
    securityContext:
      readOnlyRootFilesystem: true

內容解密

  • readOnlyRootFilesystem：設定根檔案系統為唯讀。

建立安全的容器映象：玄貓的映象安全

容器映象是 K8s 安全的根本。玄貓分享幾個建立安全容器映象的最佳實踐：

  • 使用官方映象：盡可能使用官方提供的基礎映象，這些映象通常經過安全掃描和驗證。
  • 定期更新：定期更新基礎映象和應用程式依賴，修補已知的安全漏洞。
  • 使用映象掃描工具：使用工具 (如 Trivy、Clair) 掃描映象中的漏洞。
  • 多階段構建：使用多階段構建 (Multi-Stage Build) 減少最終映象的大小，並移除不必要的工具和依賴。

Pod 安全策略強制執行：玄貓的安全閘道

Pod Security Admission (PSA) 是一種 K8s 內建的機制，用於強制執行 Pod 安全策略。玄貓強烈建議啟用 PSA，以確保所有 Pod 都符合組織的安全標準。

強化容器環境：玄貓的環境安全策略

除了 Pod 安全，還需要強化整個容器環境的安全。

網路隔離與強化：玄貓的網路安全防線

網路隔離是 K8s 安全的重要組成部分。玄貓建議使用以下方法實作網路隔離：

  • Namespace：使用 Namespace 將不同的應用程式或團隊隔離在不同的網路空間。
  • Network Policy：使用 Network Policy 限制 Pod 之間的網路流量。

資源策略：玄貓的資源管控術

資源策略可以限制 Pod 的資源使用，防止資源耗盡攻擊。玄貓建議設定 Resource Quota 和 LimitRange，限制 Namespace 和 Pod 的資源使用。

控制平面強化：玄貓的核心安全防護

控制平面是 K8s 的核心，必須嚴加保護。

Etcd 安全：玄貓的資料守護

Etcd 儲存 K8s 的所有組態資料。玄貓建議採取以下措施保護 Etcd：

  • 存取控制：限制對 Etcd 的存取，只允許經過授權的元件存取。
  • 加密：對 Etcd 儲存的資料進行加密。
  • 備份：定期備份 Etcd 資料，以便在發生故障時進行還原。

Kubeconfig 檔案安全：玄貓的身分驗證

Kubeconfig 檔案包含存取 K8s 叢集的憑證。玄貓建議妥善保管 Kubeconfig 檔案，避免洩露。

工作節點分段：玄貓的節點安全策略

將工作節點分段可以減少攻擊面。玄貓建議將不同安全級別的應用程式佈署在不同的節點池中。

加密：玄貓的資料保護傘

加密是保護敏感資料的重要手段。玄貓建議對所有敏感資料進行加密，包括：

  • 傳輸中資料：使用 TLS 加密所有網路流量。
  • 靜態資料：對儲存在 Etcd 和其他儲存系統中的資料進行加密。

Secret 管理：玄貓的機密守護

Secret 用於儲存敏感資料，如密碼、API 金鑰等。玄貓建議使用以下方法管理 Secret：

  • 加密儲存：使用 K8s 內建的 Secret 加密功能，對 Secret 進行加密儲存。
  • 存取控制：限制對 Secret 的存取，只允許經過授權的 Pod 存取。
  • 外部 Secret 管理工具：使用外部工具 (如 HashiCorp Vault) 管理 Secret。

保護雲基礎設施：玄貓的雲端安全考量

如果 K8s 佈署在雲端，還需要考慮雲基礎設施的安全。玄貓建議採取以下措施：

  • 身份驗證：使用強大的身份驗證機制，如多因素驗證。
  • 存取控制：使用 IAM 角色和策略限制對雲資源的存取。
  • 網路安全：使用安全群組和網路 ACL 控制網路流量。

身份驗證與授權：玄貓的門禁系統

身份驗證和授權是 K8s 安全的關鍵。

身份驗證：玄貓的身份識別

K8s 支援多種身份驗證機制，包括：

  • X.509 憑證
  • Bearer Token
  • OpenID Connect
  • Webhook Token Authentication

玄貓建議根據實際情況選擇合適的身份驗證機制。

RBAC 授權：玄貓的許可權管理

RBAC (Role-Based Access Control) 是一種 K8s 內建的授權機制。玄貓建議使用 RBAC 管理使用者和服務帳戶的許可權。

稽核日誌與威脅檢測：玄貓的風險雷達

稽核日誌可以記錄 K8s 叢集中的所有操作。玄貓建議啟用稽核日誌，並使用工具分析日誌，檢測潛在的威脅。

日誌記錄：玄貓的事件追蹤

K8s 支援多種日誌記錄方式，包括：

  • K8s 原生稽核日誌
  • Worker 節點和容器日誌
  • Syslog

玄貓建議將所有日誌集中儲存，並使用 SIEM (Security Information and Event Management) 平台進行分析。

服務網格：玄貓的流量監控

服務網格 (如 Istio) 可以提供更細緻的流量監控和控制。玄貓建議使用服務網格增強 K8s 安全。

容錯能力：玄貓的災難還原

容錯能力是確保 K8s 服務可用性的重要因素。玄貓建議採取以下措施增強容錯能力：

  • 多副本：佈署多個 Pod 副本，確保服務在高負載或故障時仍可用。
  • 自動擴充套件：使用 Horizontal Pod Autoscaler (HPA) 自動擴充套件 Pod 副本數量。
  • 節點親和性：使用節點親和性 (Node Affinity) 將 Pod 佈署在不同的節點上，避免單點故障。

威脅檢測：玄貓的警示系統

威脅檢測是及時發現和回應安全事件的關鍵。玄貓建議使用工具 (如 Falco) 監控 K8s 叢集，檢測異常行為。

警示：玄貓的即時通知

設定警示可以及時通知管理員潛在的安全風險。玄貓建議設定警示，監控 K8s 叢集的關鍵指標。

工具：玄貓的軍火函式庫

玄貓在 K8s 安全實戰中，經常使用以下工具：

  • Trivy：容器映象掃描工具
  • Clair：容器映象掃描工具
  • Falco：執行時安全檢測工具
  • Kubernetes Audit：K8s 稽核日誌
  • Sysdig：容器監控和安全工具
  • Aqua Security：雲原生安全平台
  • HashiCorp Vault：Secret 管理工具
  • Istio：服務網格

升級與應用程式安全實踐：玄貓的持續安全策略

定期升級 K8s 版本和應用程式依賴，修補已知的安全漏洞。玄貓建議建立自動化升級流程，確保 K8s 叢集始終處於最新狀態。

總之，強化 Kubernetes 安全是一個持續的過程。玄貓建議採取多層防禦策略，並定期審查和更新安全措施，確保 K8s 叢集的安全。

玄貓

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技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。