Kubernetes 密碼管理：最佳實踐與未來趨勢

Kubernetes Secrets 管理是容器化應用程式安全的重要一環。隨著應用程式規模擴大，安全管理密碼、API 金鑰等敏感資訊變得至關重要。本文將探討如何有效利用 Kubernetes Secrets，整合外部密碼儲存方案，並運用 SealedSecrets 等技術強化安全性。同時，文章也將分析高用性策略、雲端原生解決方案及自動化趨勢，協助開發者建構更安全、穩定的容器化環境。

在 Kubernetes 環境中，應用程式需要存取各種敏感資訊，例如資料函式庫密碼、API 金鑰和 TLS 憑證。直接將這些資訊寫入程式碼或設定檔存在安全風險。Kubernetes Secrets 提供了一種安全儲存和管理這些敏感資料的機制。透過 Secrets，開發者可以將敏感資訊與應用程式碼分離，並透過 Kubernetes 的 RBAC 機制控制存取許可權。然而，單純使用 Kubernetes Secrets 仍有其侷限性，例如靜態加密和缺乏版本控制。因此，整合外部密碼儲存方案，例如 HashiCorp Vault、AWS Secrets Manager 或 Azure Key Vault，可以進一步提升安全性，並提供更豐富的功能，例如動態密碼生成、自動輪替和稽核追蹤。此外，SealedSecrets 提供了一種安全地在 Git 儲存函式庫中儲存加密 Secrets 的方法，方便版本控制和協作。

Kubernetes 密碼管理：最佳實踐與未來趨勢

在現代雲端應用開發中，Kubernetes 已經成為容器協調的標準。然而，隨著應用程式的複雜性增長，如何安全地管理敏感資訊（如密碼、API 金鑰和憑證）成為了一個關鍵問題。Kubernetes Secrets 管理提供了一套實踐和工具，幫助使用者在 Kubernetes 叢集中安全地儲存和管理這些敏感資訊。本文將探討 Kubernetes Secrets 管理的最佳實踐、案例研究以及未來趨勢。

概述 Kubernetes Secrets 管理

Kubernetes 與 Secrets 管理的重要性

Kubernetes 是一個強大的容器協調平台，能夠自動化佈署、擴充套件和管理容器化應用程式。然而，隨著應用程式的增長，管理敏感資訊變得越來越困難。Kubernetes Secrets 提供了一種方式，讓開發者可以安全地儲存和管理這些敏感資訊。

Secrets 管理的挑戰與風險

在 Kubernetes 中管理 Secrets 面臨許多挑戰和風險，包括但不限於以下幾點：

儲存安全性：確保密碼和金鑰在儲存時不被未經授權的存取。
傳輸安全性：確保密碼和金鑰在傳輸過程中不被攔截。
存取控制：確保只有授權的人員或系統才能存取密碼和金鑰。
合規性：遵守各種行業和法規對敏感資訊管理的要求。

外部密碼儲存的整合

技術需求

要成功整合外部密碼儲存，必須考慮以下技術需求：

支援多種密碼儲存系統：如 AWS Secrets Manager、Azure Key Vault 和 Google Cloud Secret Manager。
安全傳輸：確保密碼在傳輸過程中加密。
存取控制：使用 Role-Based Access Control (RBAC) 來控制對密碼的存取。

組態外部密碼儲存

在 Kubernetes 中組態外部密碼儲存需要以下步驟：

安裝相關工具：如 Kubernetes Secret Store CSI Driver。
組態 SecretProviderClass：定義外部密碼儲存的連線資訊。
建立 Secret：使用 SecretProviderClass 建立 Kubernetes Secret。

apiVersion: secrets-store.csi.x-k8s.io/v1
kind: SecretProviderClass
metadata:
  name: azure-kv-provider
spec:
  provider: azure
  parameters:
    usePodIdentity: "false"
    keyvaultName: "my-keyvault"
    objects: |
      array:
        - |
          objectName: secret1
          objectType: secret
          objectVersion: ""
---
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-secret
type: kubernetes.io/azure-keyvaultsecretproviderclass
data:
  secret-key: YWJjZGVmZ2hpamtsbW5vcHFyc3R1dnd4eXoxMjM=

內容解密：

此段程式碼定義了一個 SecretProviderClass 和一個 Secret。SecretProviderClass 用於連線 Azure Key Vault，並定義要從 Key Vault 中取得的秘密。而 Secret 則是使用 SecretProviderClass 建立的一個 Kubernetes Secret，其中包含了從 Key Vault 中取得的秘密資料。

特殊模式與擴充套件

SealedSecrets

SealedSecrets 是一種特殊模式，允許將秘密以加密形式儲存在 Git 中。這種方法可以避免將明文秘密提交到版本控制系統中。

apiVersion: bitnami.com/v1alpha1
kind: SealedSecret
metadata:
  name: my-sealed-secret
spec:
  encryptedData:
    password: AgB9...

內容解密：

此段程式碼定義了一個 SealedSecret，其中包含了加密後的秘密資料。SealedSecrets 可以透過 SealedSecrets 控制器自動解密並轉換為 Kubernetes Secret。

案例研究

Square 的 Keywhiz 傳奇

Square 是一家知名的支付處理公司，他們開發了 Keywhiz 作為一種集中的秘密管理系統。Keywhiz 提供了一套強大的 API 和工具，幫助開發者安全地管理秘密。

高用性與業務持續性

高用性（High SLAs）是確保業務持續性的關鍵。這包括備份和還原策略、秘密旋轉以及授權管理等方面。

  graph TD;
    A[High SLAs] --> B[Backup and Restore];
    A --> C[Secret Rotation];
    A --> D[Authorization Management];

內容解密：

此圖示展示了高用性與業務持續性之間的關係。備份和還原策略、秘密旋轉以及授權管理都是確保高用性的一部分。

未來趨勢

雲端原生解決方案

隨著雲端技術的發展，雲端原生解決方案將成為主流。這包括 AWS Secrets Manager、Azure Key Vault 和 Google Cloud Secret Manager 等服務。

自動化與 Everything as Code (EaC)

自動化是提高效率和減少錯誤的關鍵。Everything as Code (EaC) 是一種方法，將所有組態和操作都以程式碼形式進行管理，從而實作自動化。

  graph TD;
    A[Automation] --> B[Infrastructure as Code];
    A --> C[Configuration as Code];
    A --> D[Everything as Code];

內容解密：

此圖示展示了自動化與 Everything as Code (EaC) 的關係。基礎設施即程式碼、組態即程式碼以及 Everything as Code 是實作自動化的一部分。

摘要

Kubernetes Secrets 管理是確保應用程式安全性的關鍵環節。透過採用最佳實踐、整合外部秘密儲存以及進行案例研究，開發者可以更好地理解和應對 Kubernetes Secrets 管理中的挑戰。隨著技術的發展，雲端原生解決方案和自動化將成為未來趨勢。希望本文能夠幫助讀者更好地理解 Kubernetes Secrets 管理，並為其應用開發帶來更多安全保障。

Kubernetes Secrets 管理：從基礎到實務

主題標題

本文旨在探討 Kubernetes Secrets 管理的各個層面，從基礎概念到實務應用，並提供具體案例與技術深度分析。透過這些內容，讀者將能夠全面理解如何在 Kubernetes 環境中有效管理敏感資料。

段落標題：Kubernetes Secrets 的基礎知識

Kubernetes Secrets 是用來儲存和管理敏感資料的重要工具。這些資料可能包括密碼、API 金鑰、證書等，對於保護應用程式的安全至關重要。在 Kubernetes 中，Secrets 可以被應用程式直接使用，而不需要暴露在組態檔中。這樣的設計不僅提高了安全性，還便於管理和更新。

段落標題：Kubernetes Secrets 的基本概念

Kubernetes Secrets 的基本概念包括以下幾個方面：

建立與儲存：使用 kubectl 命令或 YAML 檔案可以建立 Secrets。這些 Secrets 會被儲存在 Kubernetes 的資料函式庫中，並且可以被應用程式以多種方式存取。
加密：Secrets 在儲存和傳輸過程中會被加密，以保護其內容不被未經授權的存取。
使用：應用程式可以透過環境變數、組態檔或直接從 Kubernetes API 存取 Secrets。
更新與重新整理：當 Secrets 的內容發生變更時，Kubernetes 會自動重新整理應用程式中的組態，以確保始終使用最新的資料。

次段落標題：實際案例

以下是一個簡單的實際案例，展示如何建立和使用 Kubernetes Secrets：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: my-secret
type: Opaque
data:
  username: YWRtaW4=   # base64 編碼的 'admin'
  password: MWYyZDFlMmU2N2Rm   # base64 編碼的 '1f2d1e2e67df'

此範例中建立了一個名為 my-secret 的 Secret，包含了 username 和 password。這些資料是經過 Base64 編碼的。

次段落標題：內容解密：

apiVersion 和 kind：這兩行定義了 Secret 的 API 版本和型別。apiVersion 是 v1，表示使用的是 Kuberentes v1 API。kind 是 Secret，表示這是一個 Secret 資源。
metadata：這部分包含了 Secret 的名稱和其他後設資料。name 是 my-secret。
type：這行定義了 Secret 的型別。Opaque 是一般用途的型別。
data：這部分包含了實際的秘密資料。這裡的 username 和 password 是經過 Base64 編碼的字串。

段落標題：Secrets 在 CI/CD 管道中的管理

在 CI/CD 管道中管理 Secrets 是一個關鍵問題。透過適當的工具和最佳實踐，可以確保敏感資料在整個開發和佈署過程中都得到保護。

次段落標題：具體工具

HashiCorp Vault：HashiCorp Vault 是一個流行的秘密管理工具，提供強大的加密和存取控制功能。
AWS Secrets Manager：AWS 提供的秘密管理服務，適合在 AWS 生態系統中使用。
Azure Key Vault：Azure 提供的秘密管理服務，適合在 Azure 生態系統中使用。

次段落標題：最佳實踐

限制存取：僅允許必要的人員或服務存取 Secrets。
定期旋轉：定期更換 Secret 的內容，以減少被窺探的風險。
監控和稽核：持續監控 Secret 的使用情況，並記錄所有存取和變更操作。

段落標題：未來趨勢與發展

隨著 Kubernetes 生態系統的不斷演進，Secrets 管理也在不斷進步。未來可能會出現更多自動化工具和更強大的安全機制。

次段落標題：合理預測

自動化：更多自動化工具將出現，簡化 Secrets 的管理和更新。
更強大的加密：未來可能會引入更強大的加密演算法和機制。
跨平台支援：未來可能會有更多跨平台的秘密管理解決方案。

次段落標題：內容解密：

此圖示展示了 Kubernetes Secrets 的基本流程。從建立、儲存、加密傳輸到應用程式存取以及自動更新等各個階段。

小段落標題：實務應用評估

玄貓認為在實務應用中，Secrets 管理是一項不可忽視的技術。透過合理選型及配套工具（如 HashiCorp Vault 或 AWS Secrets Manager），可以大幅提升應用程式的安全性及維運效率。此外，持續監控與定期旋轉也是確保安全性的一項重要措施。

Kubernetes 安全管理：深入理解與實踐

本章節將從容器的基本概念出發，探討 Kubernetes 及其安全管理機制，特別是 Secrets 管理。無論你是開發者、平台工程師還是安全工程師，透過這些實際範例，你將學會如何設計和實作這些主題。在這個過程中，我們將強調相關的安全問題，並透過一系列使用案例來解決這些問題，最終達成適合混合多雲環境的生產級解決方案，並考慮業務連續性。

本章節將涵蓋以下內容：

Kubernetes 的起源與設計原則
設定第一個 Kubernetes 測試環境
探索 Kubernetes Secret 和 ConfigMap 物件
分析為何 Kubernetes Secrets 是重要的
揭示與 Kubernetes Secrets 管理相關的挑戰與風險
本文的目標與範圍

技術需求

為了完成本章節的實踐部分，我們將使用一系列常見的工具和平台來與容器、Kubernetes 和 Secrets 管理進行互動。首先，我們將共同設定這些環境並使用友好的桌面圖形解決方案來進行第一組範例。不要擔心——我們已經準備好了一系列 Code in Action 和 GitHub 儲存函式庫，其中包含 macOS 安裝範例。以下是所需的工具：

Docker（https://docker.com）或 Podman（https://podman.io）作為容器引擎。兩者都可以使用，但我個人更傾向於 Podman，因為它具有許多優點，如無守護程式的易安裝性、無根模式的額外安全性、完全符合 Open Container Initiative（OCI）、Kubernetes 準備就緒以及與 systemd 在使用者級別整合自動啟動容器/Pods 的能力。
Podman Desktop（https://podman-desktop.io）是一個開源軟體，提供圖形使用者介面來構建、啟動和除錯容器、執行本地 Kubernetes 應使用案例項、簡化從容器到 Pods 的遷移，甚至連線遠端平台如 Red Hat OpenShift、Azure Kubernetes Engine 等。
Golang（https://go.dev），即 Go 語言，將在我們的範例中使用。需要注意的是，Kubernetes 及其大多數第三方元件都是用 Go 語言編寫的。
Git（https://git-scm.com）是一種版本控制系統，我們將用它來涵蓋本文的範例，也會在探索 Secrets 管理解決方案時使用它。本文的 GitHub 儲存函式庫包含此書相關的數位資料：https://github.com/PacktPublishing/Kubernetes-Secrets-Handbook。

Kubernetes 的起源與設計原則

雖然從一個平台演變到另一個平台可能看似顯而易見，但促成這一演變的事件和內部機制卻並非如此。為了在 Kubernetes 中安全地處理敏感資料，我們必須瞭解其歷史和架構演變。這有助於我們為關鍵業務應用程式構建安全且具有生產級別的環境。

接下來幾節將描述一系列概念、探索並實踐它們以簡單的容器執行時和 Kubernetes 叢集，並建立它們與安全問題之間的直接關係。

從裸機到容器

四十年前，應用程式佈署是在物理伺服器上進行的，通常被稱為裸機安裝。這種方法允許工作負載直接存取物理資源並獲得最佳原生效能。然而，由於從軟體角度看來缺乏適當的資源管理能力（從根本上來說），在物理伺服器上佈署多個應用程式一直是一項操作挑戰。以下是一些根本原因：

物理資源利用：在物理機上佈署一組有限的應用程式以限制服務降級風險（因缺乏適當的資源管理能力而導致應用程式佔用所有計算資源）。
可擴充套件性、靈活性和上市時間：從購買、架設和組態物理機到安裝應用程式所需時間長達數週甚至數月。
總擁有成本（TCO）與創新：物理伺服器及其低效資源利用率導致高成本和漫長上市時間（高成本和漫長上市時間）導致組織創新能力下降。

隨後在2000年初期, 虛擬化或超視化技術開始成為普通開放系統的一部分。超視化技術是指嵌入作業系統中並在裸機上安裝的一種軟體, 允許 IT 部門建立虛擬機器 (VM)。這樣, 操作團隊能夠根據應用程式精確需求建立和調整虛擬機器, 在應用程式生命週期中根據商業使用情況調整計算資源。感謝適當地管理及隔離多個虛擬機器可以在單一伺服器上執行, 不會造成噪音鄰居可能導致潛在服務降級。

此模型提供了顯著最佳化, 帶動數位化服務加速, 引領了一個新市場, 除了傳統資料中心之外 - 雲端運算。然而, 虛擬化模型也帶來了一系列新挑戰:

不斷增長的虛擬機器: 憑藉持續創新所帶來之對虛擬機器之需求急遽增長, 放大了維護及保護作業系統, 函式庫及應用程式之操作負擔。
自動化之需求: 高頻率進行建立, 讀取, 更新及刪除等日常操作時需要自動化處理, 包含複雜基礎結構及安全元件。
治理完善: 必須要有治理策略以確保規範適用於生活週期, 安全性及企業連續性等層面以支援企業之關鍵應用程式。

最後, 擔任下一個最佳化層次的是容器技術. 雖然容器技術不是新概念, 但其發展確實需要大型玩家投資於一般開放系統以促進其自然演變成為下一次革命.


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玄貓

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。