一文读懂 TKE 及 Kubernetes 访问权限控制

2021 年 1 月 21 日
筆記
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你有了解过Kubernetes的认证授权链路吗？是否对TKE的权限控制CAM策略、服务角色傻傻分不清楚？本文将会向你介绍腾讯云TKE平台侧的访问控制、Kubernetes访问控制链路，以及演示如何将平台侧账号对接到Kubernetes内。

当你在使用腾讯云容器服务TKE（Tencent Kubernetes Engine）的时候，如果多人共用一个账号的情况下，是否有遇到以下问题呢？

密钥由多人共享，泄密风险高。
无法限制其他人的访问权限，其他人误操作易造成安全风险。

为了解决以上问题，腾讯云CAM（Cloud Access Management）提供了主账号和子账号的认证体系以及基于角色的权限控制。

而不同的子账号对于TKE平台侧资源的控制粒度比较粗（cluster实例级别），又会遇到以下问题：

同一个集群由多子账号可访问，无法保证集群资源级别、命名空间级别的读写控制。
集群的高权限子账户无法对低权限子账户进行授权管理。

为了解决以上两个问题，TKE针对平台侧资源、Kubernetes资源分别进行相应的访问控制管理。

平台侧访问控制

首先介绍下什么是平台侧资源，平台侧资源即Cluster资源、CVM资源、CLB资源、VPC资源等腾讯云资源，而访问的用户主要分为用户和服务角色载体。

用户就是我们平时登录控制台的主账号、子账号或者协作者账号
服务角色是一种定义好带有某些权限的角色，可以将这个角色赋予某个载体，可以是某个其他账户，也可以是腾讯云下一个产品的服务提供者，CAM会默认为产品提供一个预设的载体和默认的角色，例如TKE的默认角色就是TKE_QCSRole，而载体就是ccs.qcloud.com。

而这个角色有什么用处呢？举个TKE的例子，比如TKE的service-controller会Watch集群内的Service资源，如果需要创建LoadBalance类型的Service，会通过云API购买并创建CLB资源，而service-controller是TKE平台为用户部署的，去访问云API需要有身份，这个身份就是ccs.qcloud.com载体，而权限则需要用户给载体授予一个角色，即TKE_QCSRole。只有用户在授权TKE载体之后，TKE才可以通过服务扮演的方式代替用户购买CLB。
下面我会简单为你介绍如何给用户授权，以及如何给TKE平台授予角色。

定制策略

TKE通过接入CAM，对集群的API接口级别进行权限细分，需要您在CAM控制台对子账户进行不同的权限授予。同时TKE也在CAM侧提供了预设的权限，提供您默认选择，例如：

也可以自定义策略，具体策略定制请参考CAM产品介绍文档

例如拥有只读权限的子账户尝试修改集群名称，将会在API接口时校验CAM权限失败

划分用户组

可以依据团队的职责划分好用户组，将之前规划好的自定义策略绑定到一个用户组上，来方便的进行权限管理。
例如：有新同学入职时可方便的加入指定用户组（如运维组），就可以获取到该用户组的权限，避免了繁琐的权限配置操作。

授予TKE角色权限

使用TKE容器服务需要授予TKE平台为您操作CVM\CLB\VPC\CBS等权限，所以首次访问TKE控制台需要确保同意授权，即创建预设角色TKE_QCSRole，此角色默认授予TKE载体，该载体会通过CAM获取操作您集群的临时密钥，来进行相应的云API操作。

更多丰富的平台侧访问控制用法请访问CAM产品说明文档

Kubernetes访问控制

介绍完平台侧资源的访问控制，我们再来看看TKE集群内的资源如何进行权限管理。当不同的子账户都拥有访问同一个TKE Kubernetes集群权限之后，如何保证不同的子账户，对于集群内资源拥有不同的角色和权限呢？让我们首先从社区的Kubernetes访问链路来分析整个过程，从而向您介绍TKE是如何实现容器服务子账户对接Kubernetes认证授权体系的。

Overview

首先从宏观的角度看下Kubernetes的请求链路是如何进行的。图片来源于k8s社区官网。

可以大概了解到一个请求的链路是依次通过Authentication（认证，简称Authn）、Authorization（授权，简称Authz）、AdmissionControl（准入控制），从而获取到后端持久化的数据。

从图中可以看到Authn、Authz、AdmissionControl是由多个模块组成的，每个步骤都有多种方式构成的。

在进入认证模块之前会将HTTP的Request进行构建context，而context中就包含了用户的RequestInfo，userInfo、Verb、APIGroup、Version、Namespace、Resource、Path等。

带着这些信息，下面我们来一次看下准入过程中的每个步骤吧。

Kubernetes认证

认证的过程的证明user身份的过程。

Kubernetes中有两类用户，一类是ServiceAccount，一类是集群真实的用户。

ServiceAccount账户是由Kubernetes提供API（资源）进行创建和管理的，ServiceAccount可以认为是特殊的Secret资源，可用户集群内资源访问APIServer的认证所用。通过可以通过mount的方式挂载到Pod内进行使用。

真实的用户通常是从外部发起请求访问APIServer，由管理员进行管理认证凭证，而Kubernetes本身不管理任何的用户和凭证信息的，即所有的用户都是逻辑上的用户，无法通过API调用Kubernetes API进行创建真实用户。

Kubernetes认证的方式众多，常见的有TLS客户端证书双向认证、BearerToken认证、BasicAuthorization或认证代理（WebHook）

所有的认证方式都是以插件的形式串联在认证链路中，只要有一种认证方式通过，即可通过认证模块，且后续的认证方式不会被执行。

在此处参考一点点Kubernetes APIServer Authentication模块的代码，可以发现，任何的认证方式都是一下Interface的实现方式都是接收http Request请求，然后会返回一个user.Info的结构体，一个bool，以及一个error

// Request attempts to extract authentication information from a request and returns
// information about the current user and true if successful, false if not successful,
// or an error if the request could not be checked.
type Request interface {
   AuthenticateRequest(req *http.Request) (user.Info, bool, error)
}

user.Info中包含了用户的信息，包括UserName、UUID、Group、Extra。

bool返回了用户是否通过认证，false的话即返回无法通过认证，即返回401错误。

error则返回了当Request无法被检查的错误，如果遇到错误则会继续进行下一种注册的方式进行认证。

如果认证通过，则会把user.Info写入到到请求的context中，后续请求过程可以随时获取用户信息，比如授权时进行鉴权。

下面我会以Kubernetes代码中的认证方式顺序，挑选几项认证方式，并结合TKE开启的认证方式来向你介绍TKE创建的Kubernetes集群默认的认证策略。

Basic Authentication

APIServer启动参数--basic-auth-file=SOMEFILE指定basic认证的csv文件，在APIServer启动之后修改此文件都不会生效，需要重启APIServer来更新basic authentication的token。csv文件格式为：token,user,uid,"group1,group2,group3"。

请求时，需要指定HTTP Header中Authentication为Basic，并跟上Base64Encode(user:passward)值。

x509客户端证书

APIServer启动参数--client-ca-file=SOMEFILE指定CA证书，而在TKE的K8s集群创建过程中，会对集群进行自签名CA密钥和证书用于管理，如果用户下发的客户端证书是由此CA证书的密钥签发的，那么就可以通过客户端证书认证，并使用客户端证书中的CommonName、Group字段分别作为Kubernetes的UserInfo中Username和Group信息。

目前TKE对接子账户都是通过自签名的CA凭证进行签发子账户Uin对应CN的客户端证书。

Bearer Token

Bearer Token的认证方式包含很多，比如启动参数指定的、ServiceAccount（也是一种特殊的BeaerToken）、BootstrapToken、OIDCIssure、WebhookToken

1. 默认指定Token csv文件

APIServer启动参数--token-auth-file=SOMEFILE指定Bearer Token认证的csv文件。和Basic Authentication方式相似，只不过请求APIServer时，指定的HTTP认证方式为Bearer方式。此Bearer后直接跟passward即可。csv文件格式为：password,user,uid,"group1,group2,group3"。

请求时，需要指定HTTP Header中Authentication为Bearer，并跟上Base64Encode(user:passward)值。

2. ServiceAccount

ServiceAccount也是一种特殊beaer token，ServiceAccount在Kubernetes中是一种资源，创建一个ServiceAccount资源之后默认会创建一个Secret资源，而Secret资源中就包含了一个JWT格式的Token字段，以Bearer Token的方式请求到Kube-APIServer，Kube-APIServer解析token中的部分user信息，以及validate以下ServiceAccount是否存在即可进行认证检查。这种方式即之前提到的“两种用户”中常见的集群内认证方式，ServiceAccount，主要用于集群内资源访问APIServer，但不限于集群内。

3. BootstrapToken

此项开关在Kubernetes v1.18版本中才为stable版本，此类Token是专门用来引导集群安装使用的，需要配合controller-manager的TokenCleaner。

目前TKE默认开启此配置。

4. OpenID Connect Tokens

OIDCToken的认证方式是结合OAuth2向身份提供方获取ID Token来访问APIServer。

如需要开启此项功能，需要在APIServer的启动参数中指定oidc的配置参数，例如--oidc-issuer-url指定oidc身份提供方的地址，--oidc-client-id指定身份提供方侧的账户ID，--oidc-username-claim身份提供方的用户名。

具体可参考Kubernetes官方文档，目前公有云TKE没有使用此参数对接腾讯云账户，因为涉及用户需要主动登录授权后才可返回Id Token，和当前官网交互冲突，可以在后续CLI工具中实现。

5. Webhook Token Server

Webhook Token是一种hook的方式来校验是否认证通过。

APIServer启动参数--authentication-token-webhook-config-file及--authentication-token-webhook-cache-ttl来分别指定Webhook地址以及token的cache ttl。

若APiServer开启此方式进行认证校验，则在接受到用户的Request之后，会包装Bearer Token成一个TokenReview发送给WebHookServer，Server端接收到之后会进行校验，并返回TokenReview接口，在status字段中进行反馈是否通过校验通过和user.Info信息。

总结

以上即为Kubernetes APIServer认证的几种方式，TKE在每种认证方式都有支持。供用户灵活使用。

目前TKE正在推使用x509客户端证书方式来进行认证管理，以方便进行对接子账户的创建、授权管理、更新。

Kubernetes授权

Kubernetes的授权模式支持一下几种，和认证一样，参考开始说的RequestInfo context，可知用户Reqeust的context除了认证需要的userInfo，还有一些其他的字段例如Verb、APIGroup、APIVersion、Resource、Namespaces、Path……

授权就是判断user是否拥有操作资源的相应权限。

Kubernetes支持AlwaysAllow、AlwaysDeny、Node、ABAC、RBAC、Webhook授权Mode，和认证一样，只要有一种鉴权模块通过，即可返回资源。

在这里重点介绍下面两种方式

RBAC

RBAC（Role-Based Access Control)，Kubernetes提供ClusterRole、Role资源，分别对应集群维度、Namespace维度角色权限管控，用户可以自定义相应的ClusterRole、Role资源，绑定到已经认证的User之上。

如下tke:pod-reader ClusterRole，定义了该角色可以访问core apigroup下面对pods资源的get/watch/list操作

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: tke:pod-reader
rules:
- apiGroups: [""] # "" 指定核心 API 组
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]
  
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
# 此角色绑定使得用户 "alex" 能够读取 "default" 命名空间中的 Pods
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: alex-ClusterRole
subjects:
- kind: User
  name: alex
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: tke:pod-reader # 这里的名称必须与你想要绑定的 Role 或 ClusterRole 名称一致
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

通过以上的yaml配置，通过认证模块到达授权模块的requestInfo中userInfo信息是alex的请求，在授权模块中走到RBAC授权模块时，则会进行查询集群的ClusterRole/ClusterRoleBinding信息。进行判断是否拥有context相应操作的权限。

TKE的对接子账户的权限授权策略就是使用的Kubernetes原生的RBAC进行对子账户资源访问控制，这样符合原生，符合有K8s使用习惯的用户。

WebHook

Webhook模式是一种基于HTTP回调的方式，通过配置好授权webhook server地址。当APIServer接收到request的时候，会进行包装SubjectAccessReview请求Webhook Server，Webhook Server会进行判断是否可以访问，然后返回allow信息。

以下是kubernetes社区一个例子，以供参考。

{
  "apiVersion": "authorization.k8s.io/v1beta1",
  "kind": "SubjectAccessReview",
  "spec": {
    "resourceAttributes": {
      "namespace": "kittensandponies",
      "verb": "get",
      "group": "unicorn.example.org",
      "resource": "pods"
    },
    "user": "alex",
    "group": [
      "group1",
      "group2"
    ]
  }
}
{
  "apiVersion": "authorization.k8s.io/v1beta1",
  "kind": "SubjectAccessReview",
  "status": {
    "allowed": true
  }
}

目前TKE没有考虑使用Webhook的模式，但是Webhook模式提供了强大的灵活性，比如对接CAM，实现K8s权限对接到平台侧，但是也有一定的风险和挑战，比如依赖CAM的稳定性；请求延迟、缓存/TTL的配置；CAM action配置与K8s权限对应关系。此项授权模式仍然在考虑中，有需求的用户可以反馈。

准入控制

什么是admission controller？

In a nutshell, Kubernetes admission controllers are plugins that govern and enforce how the cluster is used.

Admission controllers是K8s的插件，用来管理和强制用户如何来操作集群。

Admission controllers主要分为两个phase，一个是mutating，一个是validating。这两个阶段都是在authn&authz之后的，mutating做的变更准入，就是会对request的resource，进行转换，比如填充默认的requestLimit？而validating admission的意思就是验证准入，比如校验Pod副本数必须大于2。

API Server请求链路：

ValidatingAdmissionWebhooks and MutatingAdmissionWebhooks, both of which are in beta status as of Kubernetes 1.13.

k8s支持30多种admission control 插件，而其中有两个具有强大的灵活性，即ValidatingAdmissionWebhooks和MutatingAdmissionWebhooks，这两种控制变换和准入以Webhook的方式提供给用户使用，大大提高了灵活性，用户可以在集群创建自定义的AdmissionWebhookServer进行调整准入策略。

TKE中1.10及以上版本也默认开启了ValidatingAdmissionWebhooks、MutatingAdmissionWebhooks

了解更多Admission Controller参考这里

kubernetes权限对接子账户

TKE权限实现对接子账户主要的方案是：x509客户端认证+Kubernetes RBAC授权。

认证

每个子账户都拥有单独的属于自己的客户端证书，用于访问KubernetesAPIServer。

用户在使用TKE的新授权模式时，不同子账户在获取集群访问凭证时，即前台访问集群详情页或调用DescribeClusterKubeconfig时，会展示子账户自己的x509客户端证书，此证书是每个集群的自签名CA签发的。
该用户在控制台访问Kubernetes资源时，后台默认使用此子账户的客户端证书去访问用户Kubernetes APIServer。
支持子账户更新自己的证书。
支持主账户或集群tke:admin权限的账户进行查看、更新其他子账户证书。

授权

TKE控制台通过Kubernetes原生的RBAC授权策略，对子账户提供细粒度的Kubernetes资源粒度权限控制。

提供授权管理页，让主账号和集群创建者默认拥有管理员权限，可以对其他拥有此集群DescribeCluster Action权限的子账户进行权限管理。
并提供预设的ClusterRole。
- 所有命名空间维度：
  - 管理员（tke:admin）：对所有命名空间下资源的读写权限，对集群节点，存储卷，命名空间，配额的读写权限，可子账号和权限的读写权限
  - 运维人员（tke:ops）：对所有命名空间下控制台可见资源的读写权限，对集群节点，存储卷，命名空间，配额的读写权限
  - 开发人员（tke:dev）：对所有命名空间下控制台可见资源的读写权限
  - 受限人员（tke:ro）：对所有命名空间下控制台可见资源的只读权限
  - 用户自定义ClusterRole
- 指定命名空间维度：
  - 开发人员（tke:ns:dev）：对所选命名空间下控制台可见资源的读写权限，需要选择指定命名空间。
  - 只读用户（tke:ns:ro）：对所选命名空间下控制台可见资源的只读权限，需要选择指定命名空间。
所有预设的ClusterRole都将带有固定label：cloud.tencent.com/tke-rbac-generated: "true"
所有预设的ClusterRoleBinding都带有固定的annotations：cloud.tencent.com/tke-account-nickname: yournickname，及label：cloud.tencent.com/tke-account: "yourUIN"

当然，除了TKE控制台提供的预设授权策略，管理员也可以通过kubectl操作ClusterRole/Role来实现自定义角色的灵活配置细粒度权限，以及操作ClusterRoleBinding/RoleBinding进行权限绑定，绑定到任意的角色权限之上。

例如你想设置CAM侧用户组为productA产品的pod-dev的用户权限只能够get/list/watch product-a命名空间下的pods资源，则你可以这样操作：

创建自定义ClusterRole/Role：dev-pod-reader，yaml实例如下，文件名为developer.yaml

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole # 这里使用ClusterRole可以复用给产品其他命名空间
metadata:
  name: pod-dev # pod-dev此角色为只能读取pod的开发
rules:
- apiGroups: [""] # "" 指定核心 API 组
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

使用kubectl或者通过TKE控制台YAML创建资源创建上述Role
绑定dev用户组下的dev1、dev2、dev3用户，绑定自定义权限pod-dev到product-a命名空间下

从此dev1，dev2，dev3用户则只能使用get/list/watch访问product-a下的pods资源

$ kubectl --kubeconfig=./dev.kubeconfig get pods
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "10000001xxxx-1592395536" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"
$ kubectl --kubeconfig=./dev.kubeconfig get pods -n product-a
No resources found.

参考

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