认证

开启 TLS 时，所有的请求都需要首先认证。Kubernetes 支持多种认证机制，并支持同时开启多个认证插件（只要有一个认证通过即可）。如果认证成功，则用户的 username 会传入授权模块做进一步授权验证；而对于认证失败的请求则返回 HTTP 401。

Kubernetes 不直接管理用户

虽然 Kubernetes 认证和授权用到了 user 和 group，但 Kubernetes 并不直接管理用户，不能创建 user 对象，也不存储 user。

目前，Kubernetes 支持以下认证插件：

• X509 证书

• 静态 Token 文件

• 引导 Token

• 静态密码文件

• Service Account

• OpenID

• Webhook

• 认证代理

• OpenStack Keystone 密码

X509 证书

使用 X509 客户端证书只需要 API Server 启动时配置 --client-ca-file=SOMEFILE。在证书认证时，其 Common Name（CN）域用作用户名，而 Organization（O）域则用作 group 名。

创建一个客户端证书的方法为：

# Create private key
openssl genrsa -out username.key 2048
# Create CSR (certificate signing request)
openssl req -new -key username.key -out username.csr -subj "/CN=username/O=group"
# Create certificate from CSR using the cluster authority
openssl x509 -req -in username.csr -CA $CA_LOCATION/ca.crt -CAkey $CA_LOCATION/ca.key -CAcreateserial -out username.crt -days 500

接着，就可以使用 username.key 和 username.crt 来访问集群：

# Config cluster
kubectl config set-cluster my-cluster --certificate-authority=ca.pem --embed-certs=true --server=https://<APISERVER_IP>:6443
# Config credentials
kubectl config set-credentials username --client-certificate=username.crt --client-key=username.key --embed-certs=true
# Config context
kubectl config set-context username --cluster=my-cluster --user=username
# Config RBAC if it's enabled
# Finally, switch to new context
kubectl config use-context username

静态 Token 文件

使用静态 Token 文件认证只需要 API Server 启动时配置 --token-auth-file=SOMEFILE。该文件为 csv 格式，每行至少包括三列 token,username,user id，后面是可选的 group 名，比如

token,user,uid,"group1,group2,group3"

客户端在使用 token 认证时，需要在请求头中加入 Bearer Authorization 头，比如

Authorization: Bearer 31ada4fd-adec-460c-809a-9e56ceb75269

引导 Token

引导 Token 是动态生成的，存储在 kube-system namespace 的 Secret 中，用来部署新的 Kubernetes 集群。

使用引导 Token 需要 API Server 启动时配置 --experimental-bootstrap-token-auth，并且 Controller Manager 开启 TokenCleaner --controllers=*,tokencleaner,bootstrapsigner。

在使用 kubeadm 部署 Kubernetes 时，kubeadm 会自动创建默认 token，可通过 kubeadm token list 命令查询。

静态密码文件

需要 API Server 启动时配置 --basic-auth-file=SOMEFILE，文件格式为 csv，每行至少三列 password, user, uid，后面是可选的 group 名，如

password,user,uid,"group1,group2,group3"

客户端在使用密码认证时，需要在请求头重加入 Basic Authorization 头，如

Authorization: Basic BASE64ENCODED(USER:PASSWORD)

Service Account

ServiceAccount 是 Kubernetes 自动生成的，并会自动挂载到容器的 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 目录中。

在认证时，ServiceAccount 的用户名格式为 system:serviceaccount:(NAMESPACE):(SERVICEACCOUNT)，并从属于两个 group：system:serviceaccounts 和 system:serviceaccounts:(NAMESPACE)。

OpenID

OpenID 提供了 OAuth2 的认证机制，是很多云服务商（如 GCE、Azure 等）的首选认证方法。

使用 OpenID 认证，API Server 需要配置

• --oidc-issuer-url，如 https://accounts.google.com

• --oidc-client-id，如 kubernetes

• --oidc-username-claim，如 sub

• --oidc-groups-claim，如 groups

• --oidc-ca-file，如 /etc/kubernetes/ssl/kc-ca.pem

Webhook

API Server 需要配置

# 配置如何访问 webhook server
--authentication-token-webhook-config-file
# 默认 2 分钟
--authentication-token-webhook-cache-ttl

配置文件格式为

# clusters refers to the remote service.
clusters:
  - name: name-of-remote-authn-service
    cluster:
      # CA for verifying the remote service.
      certificate-authority: /path/to/ca.pem
      # URL of remote service to query. Must use 'https'.
      server: https://authn.example.com/authenticate

# users refers to the API server's webhook configuration.
users:
  - name: name-of-api-server
    user:
      # cert for the webhook plugin to use
      client-certificate: /path/to/cert.pem
       # key matching the cert
      client-key: /path/to/key.pem

# kubeconfig files require a context. Provide one for the API server.
current-context: webhook
contexts:
- context:
    cluster: name-of-remote-authn-service
    user: name-of-api-sever
  name: webhook

Kubernetes 发给 webhook server 的请求格式为

{
  "apiVersion": "authentication.k8s.io/v1beta1",
  "kind": "TokenReview",
  "spec": {
    "token": "(BEARERTOKEN)"
  }
}

示例：kubernetes-github-authn 实现了一个基于 WebHook 的 github 认证。

认证代理

API Server 需要配置

--requestheader-username-headers=X-Remote-User
--requestheader-group-headers=X-Remote-Group
--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra-
# 为了防止头部欺骗，证书是必选项
--requestheader-client-ca-file
# 设置允许的 CN 列表。可选。
--requestheader-allowed-names

OpenStack Keystone 密码

需要 API Server 在启动时指定 --experimental-keystone-url=<AuthURL>，而 https 时还需要设置 --experimental-keystone-ca-file=SOMEFILE。

不支持 Keystone v3

目前只支持 keystone v2.0，不支持 v3（无法传入 domain）。

匿名请求

如果使用 AlwaysAllow 以外的认证模式，则匿名请求默认开启，但可用 --anonymous-auth=false 禁止匿名请求。

匿名请求的用户名格式为 system:anonymous，而 group 则为 system:unauthenticated。

Kubelet 凭证提供程序的服务账户令牌（v1.33 Alpha）

从 Kubernetes v1.33 开始，引入了 Service Account Token Integration for Kubelet Credential Providers 这一 Alpha 特性，允许 kubelet 凭证提供程序使用 Pod 的服务账户令牌来获取镜像拉取凭证，从而实现工作负载级别的镜像访问控制。

工作原理

当启用此特性后：

1. 令牌生成：Kubelet 为 Pod 生成短期、自动轮换的服务账户令牌

2. 令牌传递：这些令牌通过 CredentialProviderRequest 传递给凭证提供程序

3. 凭证交换：凭证提供程序使用服务账户令牌向镜像仓库（如 AWS ECR、GCP Artifact Registry、Azure ACR）交换临时的镜像拉取凭证

4. 镜像拉取：Kubelet 使用获得的临时凭证代表 Pod 拉取镜像

配置方法

1. 启用特性门控：

   kubelet --feature-gates=ServiceAccountTokenForKubeletCredentialProviders=true

2. 配置凭证提供程序： 在凭证提供程序配置中设置 tokenAttributes 字段以选择接收服务账户令牌：

   apiVersion: kubelet.config.k8s.io/v1
   kind: CredentialProviderConfig
   providers:
   - name: my-provider
     tokenAttributes:
       audience: "https://my-registry.example.com"
       expirationSeconds: 3600

3. Pod 配置： Pod 使用服务账户，kubelet 会自动为其生成令牌用于镜像拉取：

   apiVersion: v1
   kind: Pod
   metadata:
     name: my-app
   spec:
     serviceAccountName: my-app-sa
     containers:
     - name: app
       image: my-registry.example.com/app:v1

优势

• 消除长期密钥：不再需要在集群中存储长期有效的镜像拉取密钥

• 工作负载隔离：每个 Pod 使用自己的服务账户令牌，实现细粒度的访问控制

• 自动轮换：令牌自动过期和轮换，提高安全性

• 与云原生集成：可以与云提供商的 IAM 系统无缝集成

这一特性预计在 Kubernetes v1.34 中升级为 Beta 版本。更多信息请参考 KEP-4412。

Credential Plugin

从 v1.11 开始支持 Credential Plugin（Beta），通过调用外部插件来获取用户的访问凭证。这是一种客户端认证插件，用来支持不在 Kubernetes 中内置的认证协议，如 LDAP、OAuth2、SAML 等。它通常与 Webhook 配合使用。

Credential Plugin 可以在 kubectl 的配置文件中设置，比如

apiVersion: v1
kind: Config
users:
- name: my-user
  user:
    exec:
      # Command to execute. Required.
      command: "example-client-go-exec-plugin"

      # API version to use when decoding the ExecCredentials resource. Required.
      #
      # The API version returned by the plugin MUST match the version listed here.
      #
      # To integrate with tools that support multiple versions (such as client.authentication.k8s.io/v1alpha1),
      # set an environment variable or pass an argument to the tool that indicates which version the exec plugin expects.
      apiVersion: "client.authentication.k8s.io/v1beta1"

      # Environment variables to set when executing the plugin. Optional.
      env:
      - name: "FOO"
        value: "bar"

      # Arguments to pass when executing the plugin. Optional.
      args:
      - "arg1"
      - "arg2"
clusters:
- name: my-cluster
  cluster:
    server: "https://172.17.4.100:6443"
    certificate-authority: "/etc/kubernetes/ca.pem"
contexts:
- name: my-cluster
  context:
    cluster: my-cluster
    user: my-user
current-context: my-cluster

具体的插件开发及使用方法请参考 kubernetes/client-go。

开源工具

如下的开源工具可以帮你简化认证和授权的配置：

• Keycloak

• coreos/dex

• heptio/authenticator

• hashicorp/vault-plugin-auth-kubernetes

• appscode/guard

• cyberark/conjur

• liggitt/audit2rbac

• reactiveops/rbac-manager

• jtblin/kube2iam

参考资料

• https://kubernetes-security.info

• Protect Kubernetes External Endpoints with OAuth2 Proxy by Alen Komljen

• Single Sign-On for Internal Apps in Kubernetes using Google Oauth / SSO by William Broach

• Single Sign-On for Kubernetes: An Introduction by Joel Speed

• Let’s Encrypt, OAuth 2, and Kubernetes Ingress by Ian Chiles

• Comparing Kubernetes Authentication Methods by Etienne Dilocker

• K8s auth proxy example

• K8s authentication with Conjur

• Effective RBAC by Jordan Liggitt

• Configure RBAC In Your Kubernetes Cluster via Bitnami

• Using RBAC, Generally Available in Kubernetes v1.8 by Eric Chiang