При публичном веб-браузинге TLS-аутентификация происходит лишь в одном направлении — свои сертификаты показывает только сервер. Передача публичных веб-страниц без аутентификации клиента вполне логична, но не в случае Kubernetes. Если другие субъекты будут получать доступ к уязвимой информации в сервисах/кластерах, то будет логично валидировать личность и таких субъектов тоже.

Повсеместное использование TLS — одна из рекомендаций разработчиков Kubernetes по повышению безопасности и надёжности кластеров.

«TLS должен быть включён у каждого поддерживающего его компонента, чтобы предотвратить сниффинг трафика, проверять идентификацию сервера и (в случае взаимного TLS) проверять идентификацию клиента».

В случае доступа клиентов к уязвимым данным в сервисах/кластерах логично валидировать и личность таких клиентов. Это называется взаимным TLS (mutual TLS, mTLS).

Что такое mutual TLS?

Mutual TLS (mTLS), также называемый двусторонней аутентификацией — это процесс обеспечения безопасности, при котором субъекты перед выполнением обмена данными аутентифицируют друг друга. Это значит, что для установки соединения клиент с сервером должны обменяться своими сертификатами, верифицировать их и использовать. Аутентификация при помощи mTLS — наилучший способ повышения безопасности Kubernetes, он гарантирует, что только аутентифицированные субъекты смогут обмениваться данными с вашими кластерами.

В отличие от VPN и SDN, реализовать mTLS очень просто. Есть только одно препятствие: вам нужны сертификаты, выпущенные вашим собственным сертифицирующим органом (certificate authority, CA). Создание и эксплуатация CA, выпуск сертификатов и их обновление до истечения срока действия может быть сложной задачей. Упрощают весь этот процесс Autocert и Smallstep Certificate Manager.

Небольшое предисловие об инструментах, которые мы будем использовать

▍ Autocert

Autocert — это admission webhook, выполняющий перехват и патчинг запросов на создание pod при помощи YAML для инъецирования init container и sidecar, занимающихся получением и обновлением сертификатов. Иными словами, это опенсорсный аддон Kubernetes, автоматически инъецирующий TLS-сертификаты непосредственно в контейнеры.

Autocert полезен, когда вы не доверяете складу данных, в котором хранятся Kubernetes TLS Secrets (часто это etcd). В зависимости от конфигурации склада данных, данные могут быть зашифрованы или не зашифрованы. При помощи Autocert сертификаты инъецируются непосредственно в контейнеры, а приватные ключи никогда не передаются по сети и не сохраняются в etcd.

Для получения сертификата достаточно лишь сообщить autocert имя рабочей нагрузки при помощи аннотации pod autocert.step.sm/name. Autocert выпустит сертификат для pod, сделав его доступным в var/run/autocert.step.sm, и будет его обновлять. Однако для выпуска сертификатов требуется certificate authority. И здесь на помощь приходит Smallstep Certificate Manager. В данном руководстве мы расскажем, как сконфигурировать autocert для использования Certificate Manager в качестве вышестоящего CA.

▍ Smallstep Certificate Manager

Smallstep Certificate Manager — это расширяемая платформа для инфраструктуры публичных ключей (public key infrastructure, PKI) DevSecOps, обеспечивающая работу certificate authority. Также он предоставляет функции уведомлений и алертов об истечении срока работы, дэшборда управления, Active Revocation и другие возможности. При помощи Smallstep Certificate Manager вы сможете с лёгкостью выпускать приватные сертификаты TLS и SSH для всех рабочих нагрузок/разработчиков.

Строго говоря, Kubernetes не имеет в комплекте CA. Он имеет точки интеграции, позволяющие использовать любой CA. Поэтому мы будем использовать Smallstep Certificate Manager, поскольку его создают и поддерживают разработчики Autocert.

Перед началом работы

Прежде чем переходить к главному, вам нужно:

1. Создать бесплатный аккаунт Smallstep Certificate Manager
2. Создать Certificate Authority в Certificate Manager, который будет использоваться в качестве вышестоящего CA
3. Установить step CLI. Для взаимодействия с Certificate Manager через терминал вам понадобится команда CLI step на локальной машине. Она используется для многих стандартных криптоопераций. Список всех команд можно посмотреть здесь.

Настройка Autocert

▍ 1. Bootstrap с выбранным CA

Бутстреппинг с выбранным Authority конфигурирует вашу рабочую станцию так, чтобы она доверяла корневому сертификату CA. Выполните следующую команду:

step ca bootstrap --ca-url [your CA URL] \\
    --fingerprint [your CA fingerprint] \\
    --install

▍ 2. Добавление Provisioner

Provisioner — это методы, используемые для верификации подлинности запросов на подписание сертификатов и свидетельствующие об идентификации сервиса или человека, выполняющего запрос. Autocert требует JWK provisioner. Показанная ниже команда создаёт стандартный JWK provisioner с именем autocert:

step ca provisioner add autocert --create

Необходимо будет указать пароль для шифрования приватного ключа provisioner.

▍ 3. Создание ConfigMaps и секрета для Autocert

В Kubernetes создайте пространство имён для autocert:

kubectl create ns step

Результат выполнения команды:

namespace/step created

Используйте тот же пароль, который вы ввели при создании provisioner, чтобы создать секрет.

kubectl -n step create secret generic autocert-password --from-file=password=autocert-password.txt

Результат выполнения команды:

secret/autocert-password created

Теперь создайте ConfigMap, содержащую папку конфигурации:

kubectl -n step create configmap config --from-file $(step path)/config`

Результат выполнения команды:

configmap/config created

Сделаем то же самое для папки certs, содержащей корневой сертификат нашего CA:

kubectl -n step create configmap certs --from-file $(step path)/certs

Результат выполнения команды:

configmap/certs created

▍ 4. Развёртывание Autocert

Скачайте YAML-конфигурацию Autocert:

curl -O <https://raw.githubusercontent.com/smallstep/autocert/master/install/02-autocert.yaml>

Измените caUrl в ConfigMap autocert-config только что скачанного файла .yaml. Замените значение https://ca.step.svc.cluster.local на URL вашего Certificate Manager authority, например, https://autocert.areed.ca.smallstep.com.

Затем выполните следующую команду:

kubectl apply -f <https://raw.githubusercontent.com/smallstep/autocert/master/install/03-rbac.yaml>

Результат выполнения команды:

clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/autocert-controller created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/autocert-controller created

Теперь давайте развернём Autocert. Выполните следующую команду:

kubectl apply -f 02-autocert.yaml

Результат выполнения команды:

service/autocert created
configmap/autocert-config created
deployment.apps/autocert created

Далее давайте развернём admission webhook. В этом блоке в качестве части клиентской конфигурации для Autocert мы включаем корневой сертификат CA (в base64).

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: admissionregistration.k8s.io/v1
kind: MutatingWebhookConfiguration
metadata:
  name: autocert-webhook-config
  labels: {app: autocert}
webhooks:
  - name: autocert.step.sm
    sideEffects: None
    admissionReviewVersions: ["v1beta1"]
    clientConfig:
      service:
        name: autocert
        namespace: step
        path: "/mutate"
      caBundle: $(cat $(step path)/certs/root_ca.crt | base64 | tr -d '\\n')
    rules:
      - operations: ["CREATE"]
        apiGroups: [""]
        apiVersions: ["v1"]
        resources: ["pods"]
    namespaceSelector:
      matchLabels:
        autocert.step.sm: enabled
EOF

Результат выполнения:

mutatingwebhookconfiguration.admissionregistration.k8s.io/autocert-webhook-config created

Теперь Autocert добавлен в кластер и сконфигурирован. Можно выполнить следующую команду, чтобы убедиться в том, что pod-ы autocert помечены правильно.

kubectl -n step get deployment/autocert

Использование Autocert для включения mTLS между сервером и клиентом

Давайте создадим тестовое приложение, которое будет использовать Autocert. Это веб-сервер уровня «Hello World», использующий взаимную TLS-сертификацию.

Так как эта среда находится в пространстве имён по умолчанию, пометим её, чтобы приказать Autocert выпускать и обновлять сертификаты для новых pod-ов аннотацией autocert.step.sm/name:

kubectl label namespace default autocert.step.sm=enabled

Результат выполнения команды:

namespace/default labeled

Чтобы протестировать систему, мы создадим среду с аннотацией pod-а autocert.step.sm/name. В этом примере используется имя localhost, потому что мы будем выполнять тестирование со своей рабочей станции.

cat <<EOF | kubectl apply -f -
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    app: hello-mtls
  name: hello-mtls
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: hello-mtls
  template:
    metadata:
      annotations:
        autocert.step.sm/name: localhost
      labels:
        app: hello-mtls
    spec:
      containers:
      - image: smallstep/hello-mtls-server-go:latest
        name: hello-mtls
EOF

Результат выполнения:

deployment.apps/hello-mtls created

Для тестирования перенаправим localhost:8443 на порт 443 pod-а.

kubectl port-forward deploy/hello-mtls 8443:443

Результат выполнения команды:

Forwarding from 127.0.0.1:8443 -> 443
Forwarding from [::1]:8443 -> 443

В течение следующих этапов оставим это запущенным на фоне.

Теперь выпустим сертификат клиента, подписанный нашим CA. Это нужно, чтобы аутентифицироваться на тестовом сервере «Hello mTLS».

step ca certificate linda.ikechukwu@smallstep.com demo.crt demo.key

После этого у вас должно получить проверить, что всё это работает:

curl --cacert $(step path)/certs/root_ca.crt \\
     --cert demo.crt --key demo.key \\
     <https://localhost:8443>

Результат выполнения команды:

Hello linda.ikechukwu@smallstep.com

Заключение

Обеспечение безопасности кластера Kubernetes может быть сложной задачей. Вне зависимости от сетевой архитектуры и политик, автоматизация безопасности всегда повышает безопасность и надёжность рабочей нагрузки кластера.

Autocert вместе с Smallstep Certificate Manager упрощает выпуск сертификатов для среды Kubernetes. Для того, чтобы начать выпускать TLS-сертификаты Kubernetes своих микросервисов и защититься от злоумышленников, достаточно лишь немного YAML.

Telegram-канал с полезностями и уютный чат