Kubernetes API Server 认证与授权机制详解 - 智猿学院-IT界的百科全书

好的，各位观众老爷们，欢迎来到本次 Kubernetes API Server 的认证与授权专场！今天咱们不搞虚头巴脑的理论，直接上干货，用最通俗易懂的方式，把 K8s API Server 的认证与授权机制扒个精光，让各位以后面对这玩意儿，再也不用挠头抓耳，而是能自信地嘴角一扬，说一声：“小样，我熟！”😎

开场白：为啥要搞认证与授权？

各位想想，如果一个服务器，谁都能随便上去摸两把，那还得了？岂不是分分钟被搞垮？K8s API Server 作为整个集群的大脑，掌握着生杀大权，谁都能随便操作，那还不如直接关机算了。所以，为了保证集群的安全，必须要有严格的认证和授权机制。

就好比，你想进一个高档会所，门口的保安肯定要先验明正身，看看你有没有会员卡，或者有没有得到允许，才能放你进去。进去了之后，也不是所有地方都能去的，VIP 包间你可能进不去，厨房重地你可能也不能乱闯。

K8s 的认证和授权，就是起到类似的作用。认证是确认你的身份，授权是确认你能干啥。

第一幕：身份认证 (Authentication) – “你是谁？”

认证，顾名思义，就是确认你到底是谁。K8s API Server 支持多种认证方式，就像会所门口有好几种验证身份的方式一样，比如：

客户端证书认证 (Client Certificate Authentication): 就像拿着你的会员卡，API Server 会验证你的证书是否有效，以及证书是否属于你。
静态密码认证 (Static Password Authentication): 就像你告诉保安你的会员号码和密码，API Server 会验证你输入的密码是否正确。 不推荐使用，太不安全了！
静态 Token 文件认证 (Static Token File Authentication): 就像你拿着一个特殊的通行证，API Server 会验证这个通行证是否有效。 同样不推荐，容易泄露！
Service Account Tokens: 这是 K8s 内部使用的认证机制，Pod 可以使用 Service Account Token 来访问 API Server。
OpenID Connect (OIDC): 这是一种基于 OAuth 2.0 的身份验证协议，可以和外部的身份认证系统集成，比如 Google、Microsoft Azure AD 等。 推荐！安全可靠！
Webhook Token Authentication: 允许你自定义认证逻辑，通过调用外部的 Webhook 服务来验证 Token 的有效性。 灵活性高，但要小心安全问题！
认证代理 (Authenticating Proxy): 在 API Server 前面加一层代理，由代理负责认证，然后将认证后的用户信息传递给 API Server。

表格：认证方式大比拼

认证方式	优点	缺点	适用场景
客户端证书认证	安全性高，使用 TLS 证书进行身份验证。	管理证书比较麻烦，需要定期更新。	基础设施组件，如 kubelet、kube-proxy 等。
静态密码认证	简单易用。	安全性低，密码容易泄露。	强烈不推荐使用！
静态 Token 文件认证	比静态密码安全一点点。	Token 文件容易泄露。	强烈不推荐使用！
Service Account Tokens	K8s 内部使用，方便 Pod 访问 API Server。	需要注意权限控制，防止 Service Account 被滥用。	Pod 访问 API Server。
OpenID Connect (OIDC)	安全性高，可以和外部的身份认证系统集成，方便用户管理。	配置比较复杂。	用户访问 API Server，尤其是通过 kubectl 命令行工具。
Webhook Token Authentication	灵活性高，可以自定义认证逻辑。	需要自己编写 Webhook 服务，并注意安全问题。	特殊的认证需求，例如需要和内部的身份认证系统集成。
认证代理	可以集中管理认证逻辑，方便集成外部的身份认证系统。	需要配置和维护认证代理。	需要集成外部身份认证系统，并且希望对 API Server 进行统一的认证管理。

重点来了！

API Server 在启动时，需要通过 --authentication-token-webhook-config-file、--client-ca-file、--oidc-issuer-url 等参数来指定使用哪种认证方式。

举个栗子：

假设我们使用客户端证书认证，那么 API Server 就需要指定 --client-ca-file 参数，指向一个包含所有可信任的客户端证书的 CA 证书文件。当客户端使用证书访问 API Server 时，API Server 会验证客户端证书是否由这个 CA 证书签发。

第二幕：授权 (Authorization) – “你能干啥？”

认证通过之后，API Server 知道了你是谁，接下来就要判断你能干啥了。这就是授权，就像会所的保安会根据你的会员等级，或者你得到的授权，来决定你能进入哪些区域，能使用哪些服务。

K8s API Server 支持多种授权方式，常见的有：

AlwaysAllow: 允许所有请求，就像会所大门敞开，谁都能进。 一般只在测试环境中使用，生产环境千万别用！
AlwaysDeny: 拒绝所有请求，就像会所直接关门大吉。 也只在特殊情况下使用。
ABAC (Attribute-Based Access Control): 基于属性的访问控制，根据请求的属性（比如用户、资源、操作等）来判断是否允许访问。
RBAC (Role-Based Access Control): 基于角色的访问控制，给用户分配角色，然后给角色分配权限。 这是 K8s 中最常用的授权方式！
Webhook Authorization: 允许你自定义授权逻辑，通过调用外部的 Webhook 服务来判断是否允许访问。

RBAC 详解 – K8s 授权的扛把子！

RBAC 是 K8s 中最常用的授权方式，它通过定义角色 (Role) 和角色绑定 (RoleBinding) 来实现权限控制。

Role: 定义了一组权限，比如可以创建 Pod、可以读取 Service 等。Role 只能在单个 Namespace 中生效。
ClusterRole: 和 Role 类似，也定义了一组权限，但是 ClusterRole 可以作用于整个集群。
RoleBinding: 将 Role 或 ClusterRole 绑定到一个或多个用户、组或 Service Account 上，让这些用户、组或 Service Account 拥有 Role 或 ClusterRole 定义的权限。RoleBinding 只能在单个 Namespace 中生效。
ClusterRoleBinding: 和 RoleBinding 类似，但是 ClusterRoleBinding 可以作用于整个集群。

画个图来理解一下：

+-----------------+      +-----------------------+      +---------------------+
|      User       |------|     RoleBinding     |------|        Role         |
| (e.g., dev-user)|      | (e.g., dev-role-binding)|      | (e.g., pod-reader)  |
+-----------------+      +-----------------------+      +---------------------+
         |                 |
         |                 |  grants permission to
         |                 |  read pods in a
         |                 |  specific namespace
         |                 |
         +------------------------------------------------------------------+
                                       |
                                       v
                          Can read pods in a namespace

举个栗子：

假设我们要创建一个 Role，允许用户读取 Pods：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: pod-reader
  namespace: default
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "list"]

这个 Role 定义了允许读取 default Namespace 中的 Pods 的权限。

然后，我们可以创建一个 RoleBinding，将这个 Role 绑定到一个用户：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
- kind: User
  name: dev-user
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: Role
  name: pod-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

这个 RoleBinding 将 pod-reader Role 绑定到 dev-user 用户，这样 dev-user 用户就可以读取 default Namespace 中的 Pods 了。

Webhook Authorization 详解：

Webhook Authorization 允许你自定义授权逻辑，通过调用外部的 Webhook 服务来判断是否允许访问。

工作流程：

用户发起 API 请求。
API Server 提取请求信息（比如用户、资源、操作等）。
API Server 将请求信息发送给 Webhook 服务。
Webhook 服务根据自定义的授权逻辑，判断是否允许访问，并返回结果。
API Server 根据 Webhook 服务的返回结果，决定是否允许访问。

表格：授权方式大比拼

授权方式	优点	缺点	适用场景
AlwaysAllow	简单易用。	安全性极低，允许所有请求。	只在测试环境中使用！
AlwaysDeny	安全性极高，拒绝所有请求。	无法进行任何操作。	只在特殊情况下使用！
ABAC	灵活性高，可以根据请求的属性进行授权。	管理比较复杂，需要编写大量的授权策略。	需要细粒度的授权控制，例如根据用户的部门、角色等属性进行授权。
RBAC	易于管理，可以通过角色和角色绑定进行授权。	灵活性相对较低，无法根据请求的属性进行授权。	大部分场景，例如控制用户对 Kubernetes 资源的访问权限。
Webhook Authorization	灵活性高，可以自定义授权逻辑。	需要自己编写 Webhook 服务，并注意安全问题。	特殊的授权需求，例如需要和内部的权限管理系统集成。

重点来了！

API Server 在启动时，需要通过 --authorization-mode 参数来指定使用哪种授权方式。

举个栗子：

假设我们使用 RBAC 授权，那么 API Server 就需要指定 --authorization-mode=RBAC 参数。

第三幕：审计 (Auditing) – “谁干了啥？”

光有认证和授权还不够，还得记录谁干了啥，这就是审计。就像会所的监控录像，可以记录下每个人的活动轨迹，以便追查问题。

K8s API Server 的审计功能可以记录所有对 API Server 的请求，包括请求的用户、时间、资源、操作等信息。这些信息可以用于安全分析、故障排查等。

审计策略 (Audit Policy)：

审计策略定义了哪些请求需要被记录，以及记录哪些信息。审计策略可以通过配置文件来指定。

审计后端 (Audit Backend)：

审计后端定义了审计日志的存储方式，比如可以存储到文件中、存储到 Elasticsearch 中等。

举个栗子：

假设我们要配置一个审计策略，记录所有对 Pod 的创建、更新、删除操作：

apiVersion: audit.k8s.io/v1
kind: Policy
metadata:
  name: default
rules:
- level: RequestResponse
  resources:
  - group: ""
    resources: ["pods"]
  verbs: ["create", "update", "delete"]

这个审计策略定义了记录所有对 Pod 的创建、更新、删除操作，并且记录请求和响应的信息。

重点来了！

API Server 在启动时，需要通过 --audit-policy-file 和 --audit-log-path 等参数来配置审计功能。

尾声：总结与展望

今天我们深入探讨了 Kubernetes API Server 的认证、授权和审计机制。希望通过这次讲解，各位能对 K8s 的安全机制有一个更清晰的认识。

记住，安全无小事！在生产环境中，一定要配置好认证、授权和审计，确保集群的安全可靠运行。💪

未来，K8s 的安全机制还会不断发展，例如：

更细粒度的权限控制: 例如支持基于资源的属性进行授权，或者支持基于时间的访问控制。
更智能的安全分析: 例如利用机器学习技术，自动检测异常行为。
更强大的审计功能: 例如支持实时审计，或者支持将审计日志集成到 SIEM 系统中。

让我们一起期待 K8s 在安全方面取得更大的进步！🎉

最后，别忘了点赞、评论、转发，让更多的人了解 K8s 的安全机制！谢谢大家！ 🙏

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