Kubernetes Secrets 資安管理與高效除錯指引

Kubernetes Secrets 是存放敏感資訊的機制，但管理和除錯並不容易。本文旨在提供全面的資安與除錯指引，從建立、使用到常見問題的解決方案，都將詳細說明。首先，建立 Secret 時，使用 Base64 編碼確保二進位制資料在環境變數中正確傳遞。接著，針對不同型別的 Secrets，例如 TLS、基本驗證和 Docker 組態，瞭解 Kubernetes 的驗證行為差異，避免錯誤組態。在除錯方面，kubectl describe 指令能提供詳細的資源資訊，搭配日誌追蹤和依賴分析，能有效找出問題根源。此外，預檢和逐步排除法也是重要的除錯技巧。最後，本文也提供了一些最佳實踐，例如確保 Secret 存在性、檢查 Secret 值、避免下載 Secret 到本地等，並介紹了 Datadog、CloudWatch 等觀察性工具，幫助更有效地監控和排查 Kubernetes 叢集中的問題。

Kubernetes Secrets 資安與除錯指引

在 Kubernetes 中，Secrets 是用來儲存敏感資訊的重要機制，例如金鑰、憑證和其他機密資料。然而，管理和除錯 Kubernetes Secrets 可能會遇到許多挑戰。以下是玄貓針對 Kubernetes Secrets 的資安與除錯指引，涵蓋了從建立到除錯的全過程。

如何建立和使用 Kubernetes Secrets

首先，讓我們來看看如何建立一個 AES-256 金鑰並將其轉換為 Kubernetes Secret。假設我們有一個 AES-256 金鑰：

$ secretKey=$(openssl rand -hex 32)
$ echo "$secretKey"
80a3284da641ac728b5585fd913b0e60e9c4f61ffe2cfb6f456c16a312552e11

這個金鑰已經以 Base64 編碼。Base64 編碼將二進位制資料轉換為可列印的 ASCII 字元，這樣在程式碼中傳遞（例如透過環境變數）會更加方便。

接下來，我們使用這個金鑰建立一個 Kubernetes Secret：

$ kubectl create secret generic aes-key --from-literal=key=$secretKey -o yaml
apiVersion: v1
data:
  key: ODBhMzI4NGRhNjQxYWM3MjhiNTU4NWZkOTEzYjBlNjBlOWM0ZjYxZmZlMmNmYjZmNDU2YzE2YTMxMjU1MmUxMQ==
kind: Secret
metadata:
  ...
type: Opaque

這裡我們可以看到，Secret 已經被編碼。如果我們嘗試在 Pod 中掛載這個 Secret，它會包含正確的值。

apiVersion: v1
kind: Pod
...
command: ["/bin/sh","-c"]
args: ["echo $(key) | md5sum"]
envFrom:
  - secretRef:
      name: aes-key

我們應用這個組態後，檢查 Pod 的日誌：

$ kubectl logs print-env-pod
6a59e95805ea05ff21a708038be9b130 -

內容解密：

以上範例中，我們使用 openssl 生成了一個 AES-256 金鑰，並將其轉換為 Base64 編碼格式。這樣做的目的是使得二進位制資料可以以可列印的 ASCII 字元形式傳遞，方便在環境變數中使用。接下來，我們使用 kubectl create secret 命令將這個金鑰建立為 Kubernetes Secret。最後，我們在 Pod 中掛載這個 Secret，並檢查日誌確認值正確。

常見問題與解決方案

在使用 Kubernetes Secrets 的過程中，可能會遇到一些常見的問題。以下是一些常見問題及其解決方案。

MD5 森林與環境變數

當我們嘗試透過 YAML 檔案建立一個 Secret 時，如果沒有正確編碼金鑰，可能會遇到問題。例如：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: aes-key
type: Opaque
data:
  key: 80a3284da641ac728b5585fd913b0e60e9c4f61ffe2cfb6f456c16a312552e11

應用這個組態後，檢查 Pod 的日誌：

$ kubectl apply -f base_64_example.yaml
$ kubectl logs -f print-env-pod
fc7d115eb58e428c53b346659e7604d6

內容解密：

以上範例中，我們發現 MD5 單向雜湊值不同。這是因為金鑰以二進位制格式傳遞給 Pod。Kubernetes 自動解碼 Base64 編碼的 Secret ，並將二進位制資料放入環境變數中。這可能會導致混淆和除錯時間。

特定型別的 Secrets

Kubernetes 提供了多種特定型別的 Secrets ，但它們的驗證行為可能會有所不同。

TLS Secrets

當我們應用 TLS Secrets 時，Kubernetes 不會對 Secret 的內容進行任何檢查。例如，使用無效的憑證建立一個 TLS Secret：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: ingress-tls
type: kubernetes.io/tls
data:
  tls.crt: aW52YWxpZC1zZWNyZXQ=
  tls.key: aW52YWxpZC1zZWNyZXQ=

這個 Secret 雖然無效，但仍然可以成功建立。

基本驗證 Secrets

基本驗證 Secrets 與 TLS Secrets 一樣，應用時不會進行任何驗證：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: basic-auth-secret
type: kubernetes.io/basic-auth
stringData:
  no-username: a-user
  password: a-password
another-key: some-value

儘管這些變數名稱不正確，Secret 則仍然可以成功應用。

Docker 組態 Secrets

在 Docker 組態 Secrets 中，Kubernetes 會進行驗證並傳回錯誤資訊：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: docker-credentials
type: kubernetes.io/dockercfg
data:
  .dockercfg: |
    UkVQTEFDRV9XSVRIX0JBU0U2NA==

當我們嘗試應用這個組態時：

$ kubectl apply -f docker-credentials.yaml

The Secret "docker-credentials" is invalid: data[.dockercfg]: Invalid value:
"<secret contents redacted>": invalid character 'R' looking for beginning of value.

內容解密：

以上範例中，Kubernetes 在應用 Docker 組態 Secrets 時會進行驗證並傳回錯誤資訊。如果提供的 Docker 組態無效，Kubernetes 將拒絕應用並傳回具體的錯誤資訊。

諸如指令與工具之除錯方式

除錯 Kubernetes Secrets 是一項複雜的任務。通常需要檢查依賴於它們的其他元件才能找到根本原因。

描述命令 (kubectl describe)

kubectl describe 命令可以提供更詳細的資源資訊。例如，描述一個 Nginx 機器佈署：

$ kubectl describe deployment.apps/nginx-deployment

Name: nginx-deployment...
Pod Template...
Conditions...
Events...

此圖示展示瞭如何使用 kubectl describe 命令來取得詳細資訊。

Mermaid Diagram

指令之解說：

以上範例中展示瞭如何使用 kubectl describe 命令來取得詳細資源資訊。

高效除錯秘訣

玄貓總結以下幾點高效除錯秘訣：

預檢： 在應用Secret之前先進行預檢（dry run），以避免因為錯誤組態而導致無法還原。
日誌追蹤： 檢查相關 Pod 的日誌檔案以找到具體錯誤資訊。
詳細描述： 應用 kubectl describe 命令獲得更多詳細資訊。
依賴分析： 認真分析依賴於Secret的各元件以找到根本原因。

透過以上方法與策略，玄貓相信可以幫助大家更高效地除錯與管理 Kubernetes Secrets ，從而提升整體系統的安全性與穩定性。

Kubernetes Secret 除錯與故障排除

Kubernetes Secrets 是用來儲存敏感資訊的重要資源，但如果未能正確組態或使用，可能會導致應用程式執行異常。本文將探討如何使用 kubectl 指令和觀察性工具來排查和修復 Kubernetes Secrets 的問題。

非存在的 Secret

首先，我們來看一個 Secret 不存在的情況。假設我們有一個 Deployment 試圖使用一個不存在的 Secret，這時 Deployment 會進入持續的 ContainerCreating 狀態，直到 Secret 可用為止。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx
spec:
  ...
  spec:
    containers:
    - name: nginx
      image: nginx
      volumeMounts:
      - name: users-volume
        mountPath: /users.json
    volumes:
    - name: users-volume
      secret:
        secretName: user-file

我們可以使用 kubectl describe 指令來檢視問題所在：

kubectl describe pod nginx-5d66b7fbc-7cb7g

輸出中會顯示如下的警告資訊：

Warning FailedMount 36s (x9 over 2m44s) kubelet MountVolume.SetUp failed for volume "users-volume" : secret "user-file" not found

這樣我們就能夠確定問題出在 Secret 不存在。

內容解密：

apiVersion: apps/v1   # 用來指定API版本，這裡是v1版本的Deployment資源。
kind: Deployment      # 用來指定資源型別，這裡是Deployment。
metadata:             # 用來定義Deployment的後設資料。
  name: nginx         # Deployment的名稱。
spec:                 # 用來定義Deployment的規範。
...
  spec:
    containers:
    - name: nginx     # Container的名稱。
      image: nginx    # Container使用的影像檔。
      volumeMounts:
      - name: users-volume   # 指定要掛載到Container內部的Volume名稱。
        mountPath: /users.json   # 指定Volume在Container內部的掛載路徑。
    volumes:
    - name: users-volume   # 指定Volume的名稱。
      secret:
        secretName: user-file   # 指定要使用的Secret名稱。

此程式碼範例展示瞭如何在 Deployment 中定義一個 Pod，並試圖掛載一個不存在的 Secret。這種情況下，Pod 會進入持續的 ContainerCreating 狀態，直到 Secret 被建立為止。在真實案例中，如果這樣的情況持續發生且無法立即解決，可能會影回應用程式的正常執行。

Secret 作為環境變數時的錯誤

當 Secret 作為環境變數時，錯誤會更加明顯。例如，一個 Nginx Pod 想透過一個不存在的 Secret 取得環境變數：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx
    envFrom:
    - secretRef:
        name: does-not-exist
  restartPolicy: Always

應用組態後，Pod 無法啟動：

$ kubectl get po
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-pod 0/1 CreateContainerConfigError 0 3s

使用 kubectl describe 指令進一步檢視：

$ kubectl describe pod nginx-pod
Warning Failed 3s (x8 over 87s) kubelet Error: secret "does-not-exist" not found

顯而易見，Pod 無法啟動是因為缺少 Secret。

內容解密：

apiVersion: v1   # 用來指定API版本，這裡是v1版本的Pod資源。
kind: Pod       # 用來指定資源型別，這裡是Pod。
metadata:
  name: nginx-pod   # Pod的名稱。
spec:
  containers:
  - name: nginx     # Container的名稱。
    image: nginx    # Container使用的影像檔。
    envFrom:
    - secretRef:
        name: does-not-exist   # 指定要使用但不存在的Secret名稱。
restartPolicy: Always   # 指定Pod重啟策略為Always。

此程式碼範例展示瞭如何在 Pod 中定義一個 Container，並試圖透過一個不存在的 Secret 取得環境變數。在這種情況下，Pod 無法啟動並進入 CreateContainerConfigError 狀態。這種錯誤通常比掛載 Volume 的錯誤更加明顯且容易排查。

錯誤組態的 Secret

錯誤組態的 Secret 是排錯過程中最耗時的一部分。例如，一個 ingress 組態了無效的 SSL 憑證：

apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
  name: ingress-tls
type: kubernetes.io/tls
data:
  tls.crt: aW52YWxpZC1zZWNyZXQ=
  tls.key: aW52YWxpZC1zZWNyZXQ=

Ingress 組態如下：

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
annotations:
  nginx.ingress.kubernetes.io/ssl-redirect: "true"
spec:
  tls:
  - hosts:
    - bad-ssl
    secretName: ingress-tls
  rules:
  - host: bad-ssl
    http:
      paths:
      - path: /
        pathType: Prefix
        backend:
          service:
            name: nginx-service
            port:
              number: 80

使用 kubectl get ing 檢視 ingress 的狀態：

$ kubectl get ing

NAME CLASS HOSTS ADDRESS PORTS AGE

nginx-ingress <none> bad-ssl <IP>80,443 <age>

最後透過瀏覽器存取 ingress ，會看到 Kubernetes 自動生成的一個憑證。

問題排查流程

首先檢查 Kubernetes 的事件日誌：


$ kubectl get events

...

11m Normal Pulled pod/webpage Container image "nginx" already present on machine

然後檢查 ingress 的詳細資訊：


$ kubectl describe ing

...

Events:

Type Reason Age From Message

---- ------ ---- ---- -------

Normal Sync <time> (x2 over <time>) <controller> Scheduled for sync

最終檢查控制器日誌以找到具體問題：


kubectl logs -f <controller-pod-name> -n <namespace>

...

W0701 <time> <controller-log> Error obtaining X.509 certificate:

unexpected error creating SSL Cert:

no valid PEM formatted block found

...

W0701 <time> <controller-log> Unexpected error validating SSL certificate "<secret-name>" for server "<host>":

x509:

certificate is not valid for any names, but wanted to match "<host>"

內容解密：

此圖示展示瞭如何處理和排查無效 SSL 憑證導致的一些問題。

首先定義了一個無效 SSL 憑證內容並將其作為 Secret 儲存在 Kubernetes 中。

接著將其應用於 Ingress 資源上。

當嘗試透過瀏覽器存取 Ingress 資源時，

由於憑證無效，Kubernetes 自動生成了一個預設憑證進行提示。

接下來檢查 Kubernetes 的事件日誌以取得更多詳細資訊，

然後再檢查 Ingress 資源本身以取得更多細節。

最後檢查控制器日誌以確認具體問題所在，

發現由於憑證格式錯誤導致無法正確解析SSL憑證。

最佳實踐與建議

當 Secrets 出現問題時，可能會影響到應用程式的一些功能而不立即顯現。以下是一些最佳實踐和建議：

確保 Secrets 的存在性：首先確認 Secrets 是否被成功建立並可用。
檢查 Secrets 的值：確保 Secrets 的內容是正確且符合預期。
解碼 Secrets：手動解碼 Secrets 檢查其內容是否正確。
避免下載 Secrets 本地：避免將 Secrets 下載到本地進行操作以防止洩露敏感資訊。

此外，當應用程式發生問題時，可以嘗試以下步驟排除是否與 Secrets 有關：

簡化環境：使用簡單的 Docker Container 嘗試掛載相同的 Secrets，從而減少其他因素幹擾。
逐步排除：逐步排除其他可能影響因素，確保問題確實出在 Secrets 上。

常見觀察性工具

除了 kubectl 指令外，還有許多觀察性工具可以幫助我們排查 Kubernetes 中的問題。例如 Datadog、CloudWatch 和 Google Cloud Monitoring。這些工具可以提供更豐富和直觀地觀察 Kubernetes 叢集中的事件和狀態。

特殊處理：非程式碼主題實務案例與分析

假設有一家公司正在使用 Kubernetes 作為其基礎設施的一部分。公司發現某些應用程式無法正常運作，經過初步調查發現可能與 Secrets 有關。公司技術團隊決定採取以下步驟進行排查：

檢查應用程式日誌：首先檢查應用程式日誌以找到具體錯誤資訊。發現有多次 FailedMount 和 CreateContainerConfigError 錯誤資訊。
檢查 Kubernetes 資源：使用 kubectl describe 指令檢查相關 Pod 和 Deployment 資源，發現部分 Secrets 未能正確掛載或未能找到相關 Secret 資源。
驗證 Secrets 組態：手動解碼並驗證每個 Secret 的內容是否正確。發現部分 Secrets 組態錯誤或未能正確編碼導致無法正確解碼和使用。

結果與改進建議

經過以上步驟排查後，公司技術團隊成功找到並修復了所有相關問題。同時他們也總結出了一些改進建議：

自動化測試：增加對 Secrets 組態和掛載過程自動化測試以減少人工干預和錯誤率。
監控和警示：增加對 Kubernetes 叢集中相關事件和狀態監控和警示機制以及時發現和處理問題。
檔案記錄：詳細記錄每次組態和操作步驟以及相關日誌資訊以便後續排查和分析。

透過以上步驟和建議，公司技術團隊成功提高了系統穩定性和可靠性並減少了因為錯誤組態或操作導致系統故障機率。

透過以上分析與具體案例展示瞭如何有效地排除 Kubernetes 中常見秘密管理問題及最佳實踐操作建議。希望此文對於各位從事容器化技術開發者有所幫助。

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。