K8S自定义Webhook实现认证管理

大家好，我是乔克。

在Kubernetes中，APIServer是整个集群的中枢神经，它不仅连接了各个模块，更是为整个集群提供了访问控制能力。

Kubernetes API的每个请求都要经过多阶段的访问控制才会被接受，包括认证、授权、准入，如下所示。

K8S自定义Webhook实现认证管理

客户端(普通账户、ServiceAccount等)想要访问Kubernetes中的资源，需要通过经过APIServer的三大步骤才能正常访问，三大步骤如下：

Authentication 认证阶段：判断请求用户是否为能够访问集群的合法用户。如果用户是个非法用户，那 apiserver会返回一个 401 的状态码，并终止该请求;
如果用户合法的话，我们的 apiserver 会进入到访问控制的第二阶段 Authorization：授权阶段。在该阶段中apiserver 会判断用户是否有权限进行请求中的操作。如果无权进行操作，apiserver 会返回 403的状态码，并同样终止该请求;
如果用户有权进行该操作的话，访问控制会进入到第三个阶段：AdmissionControl。在该阶段中 apiserver 的admission controller 会判断请求是否是一个安全合规的请求。如果最终验证通过的话，访问控制流程才会结束。

这篇文章主要和大家讨论认证环节。

认证

Kubernetes中支持多种认证机制，也支持多种认证插件，在认证过程中，只要一个通过则表示认证通过。

常用的认证插件有：

X509证书
静态Token
ServiceAccount
OpenID
Webhook
.....

这里不会把每种认证插件都介绍一下，主要讲讲Webhook的使用场景。

在企业中，大部分都会有自己的账户中心，用于管理员工的账户以及权限，而在K8s集群中，也需要进行账户管理，如果能直接使用现有的账户系统是不是会方便很多?

K8s的Webhook就可以实现这种需求，Webhook是一个HTTP回调，通过一个条件触发HTTP POST请求发送到Webhook 服务端，服务端根据请求数据进行处理。

下面就带大家从0到1开发一个认证服务。

开发Webhook

简介

WebHook的功能主要是接收APIServer的认证请求，然后调用不同的认证服务进行认证，如下所示。

K8S自定义Webhook实现认证管理

这里只是做一个Webhook的例子，目前主要实现了Github和LDAP认证，当然，认证部分的功能比较单一，没有考虑复杂的场景。

Webhook开发

开发环境

K8S自定义Webhook实现认证管理

构建符合规范的Webhook

在开发Webhook的时候，需要符合Kubernetes的规范，具体如下：

URL：https://auth.example.com/auth
Method：POST
Input参数

{
"apiVersion": "authentication.k8s.io/v1beta1",
"kind": "TokenReview",
"spec": {
"token": "<持有者令牌>"
}
}

Output参数

如果成功会返回：

{
"apiVersion": "authentication.k8s.io/v1beta1",
"kind": "TokenReview",
"status": {
"authenticated": true,
"user": {
"username": "janedoe@example.com",
"uid": "42",
"groups": [
"developers",
"qa"
],
"extra": {
"extrafield1": [
"extravalue1",
"extravalue2"
]
}
}
}
}

如果不成功，会返回：

{
"apiVersion": "authentication.k8s.io/v1beta1",
"kind": "TokenReview",
"status": {
"authenticated": false
}
}

远程服务应该会填充请求的 status 字段，以标明登录操作是否成功。

开发认证服务

(1)创建项目并初始化go mod

# mkdir kubernetes-auth-webhook
# cd kubernetes-auth-webhook
# go mod init

(2)在项目根目录下创建webhook.go，写入如下内容

package main
import (
"encoding/json"
"github.com/golang/glog"
authentication "k8s.io/api/authentication/v1beta1"
"k8s.io/klog/v2"
"net/http"
"strings"
)
type WebHookServer struct {
server *http.Server
}
func (ctx *WebHookServer) serve(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
// 从APIServer中取出body
// 将body进行拆分, 取出type
// 根据type, 取出不同的认证数据
var req authentication.TokenReview
decoder := json.NewDecoder(r.Body)
err := decoder.Decode(&req)
if err != nil {
klog.Error(err, "decoder request body error.")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: false}
w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
}
// 判断token是否包含':'
// 如果不包含，则返回认证失败
if !(strings.Contains(req.Spec.Token, ":")) {
klog.Error(err, "token invalied.")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: false}
//req.Status = map[string]interface{}{"authenticated": false}
w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
}
// split token, 获取type
tokenSlice := strings.SplitN(req.Spec.Token, ":", -1)
glog.Infof("tokenSlice: ", tokenSlice)
hookType := tokenSlice[0]
switch hookType {
case "github":
githubToken := tokenSlice[1]
err := authByGithub(githubToken)
if err != nil {
klog.Error(err, "auth by github error")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: false}
w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
}
klog.Info("auth by github success")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: true}
w.WriteHeader(http.StatusOK)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
case "ldap":
username := tokenSlice[1]
password := tokenSlice[2]
err := authByLdap(username, password)
if err != nil {
klog.Error(err, "auth by ldap error")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: false}
//req.Status = map[string]interface{}{"authenticated": false}
w.WriteHeader(http.StatusUnauthorized)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
}
klog.Info("auth by ldap success")
req.Status = authentication.TokenReviewStatus{Authenticated: true}
//req.Status = map[string]interface{}{"authenticated": true}
w.WriteHeader(http.StatusOK)
_ = json.NewEncoder(w).Encode(req)
return
}
}

主要是解析认证的请求Token，然后将Token进行拆分判断是需要什么认证，Token的样例如下：

Github认证：github:
LDAP认证：ldap::

这样就可以获取到用户想用哪种认证，再掉具体的认证服务进行处理。

(3)创建github.go，提供github认证方法

package main
import (
"context"
"github.com/golang/glog"
"github.com/google/go-github/github"
"golang.org/x/oauth2"
)
func authByGithub(token string) (err error) {
glog.V(2).Info("start auth by github......")
tokenSource := oauth2.StaticTokenSource(&oauth2.Token{AccessToken: token})
tokenClient := oauth2.NewClient(context.Background(), tokenSource)
githubClient := github.NewClient(tokenClient)
_, _, err = githubClient.Users.Get(context.Background(), "")
if err != nil {
return err
}
return nil
}

可以看到，这里仅仅做了一个简单的Token认证，认证的结果比较粗暴，如果err=nil，则表示认证成功。

(4)创建ldap.go，提供ldap认证

package main
import (
"crypto/tls"
"errors"
"fmt"
"github.com/go-ldap/ldap/v3"
"github.com/golang/glog"
"k8s.io/klog/v2"
"strings"
)
var (
ldapUrl = "ldap://" + "192.168.100.179:389"
)
func authByLdap(username, password string) error {
groups, err := getLdapGroups(username, password)
if err != nil {
return err
}
if len(groups) > 0 {
return nil
}
return fmt.Errorf("No matching group or user attribute. Authentication rejected, Username: %s", username)
}
// 获取user的groups
func getLdapGroups(username, password string) ([]string, error) {
glog.Info("username:password", username, ":", password)
var groups []string
config := &tls.Config{InsecureSkipVerify: true}
ldapConn, err := ldap.DialURL(ldapUrl, ldap.DialWithTLSConfig(config))
if err != nil {
glog.V(4).Info("dial ldap failed, err: ", err)
return groups, err
}
defer ldapConn.Close()
binduser := fmt.Sprintf("CN=%s,ou=People,dc=demo,dc=com", username)
err = ldapConn.Bind(binduser, password)
if err != nil {
klog.V(4).ErrorS(err, "bind user to ldap error")
return groups, err
}
// 查询用户成员
searchString := fmt.Sprintf("(&(objectClass=person)(cn=%s))", username)
memberSearchAttribute := "memberOf"
searchRequest := ldap.NewSearchRequest(
"dc=demo,dc=com",
ldap.ScopeWholeSubtree,
ldap.NeverDerefAliases,
0,
0,
false,
searchString,
[]string{memberSearchAttribute},
nil,
)
searchResult, err := ldapConn.Search(searchRequest)
if err != nil {
klog.V(4).ErrorS(err, "search user properties error")
return groups, err
}
// 如果没有查到结果，返回失败
if len(searchResult.Entries[0].Attributes) < 1 {
return groups, errors.New("no user in ldap")
}
entry := searchResult.Entries[0]
for _, e := range entry.Attributes {
for _, attr := range e.Values {
groupList := strings.Split(attr, ",")
for _, g := range groupList {
if strings.HasPrefix(g, "cn=") {
group := strings.Split(g, "=")
groups = append(groups, group[1])
}
}
}
}
return groups, nil
}

这里的用户名是固定了的，所以不适合其他场景。

(5)创建main.go入口函数

package main
import (
"context"
"flag"
"fmt"
"github.com/golang/glog"
"net/http"
"os"
"os/signal"
"syscall"
)
var port string
func main() {
flag.StringVar(&port, "port", "9999", "http server port")
flag.Parse()
// 启动httpserver
wbsrv := WebHookServer{server: &http.Server{
Addr: fmt.Sprintf(":%v", port),
}}
mux := http.NewServeMux()
mux.HandleFunc("/auth", wbsrv.serve)
wbsrv.server.Handler = mux
// 启动协程来处理
go func() {
if err := wbsrv.server.ListenAndServe(); err != nil && err != http.ErrServerClosed {
glog.Errorf("Failed to listen and serve webhook server: %v", err)
}
}()
glog.Info("Server started")
// 优雅退出
signalChan := make(chan os.Signal, 1)
signal.Notify(signalChan, syscall.SIGINT, syscall.SIGTERM)
<-signalChan
glog.Infof("Got OS shutdown signal, shutting down webhook server gracefully...")
_ = wbsrv.server.Shutdown(context.Background())
}

到此整个认证服务就开发完毕了，是不是很简单?

Webhook测试

APIServer添加认证服务

使用Webhook进行认证，需要在kube-apiserver里开启，参数如下：

--authentication-token-webhook-config-file 指向一个配置文件，其中描述如何访问远程的 Webhook 服务
--authentication-token-webhook-config-file 指向一个配置文件，其中描述如何访问远程的 Webhook 服务

配置文件使用 kubeconfig 文件的格式。文件中，clusters 指代远程服务，users 指代远程 API 服务 Webhook。配置如下：

(1)、将配置文件放到相应的目录

# mkdir /etc/kubernetes/webhook
# cat >> webhook-config.json
{
"kind": "Config",
"apiVersion": "v1",
"preferences": {},
"clusters": [
{
"name": "github-authn",
"cluster": {
"server": "http://10.0.4.9:9999/auth"
}
}
],
"users": [
{
"name": "authn-apiserver",
"user": {
"token": "secret"
}
}
],
"contexts": [
{
"name": "webhook",
"context": {
"cluster": "github-authn",
"user": "authn-apiserver"
}
}
],
"current-context": "webhook"
}
EOF

(2)在kube-apiserver中添加配置参数

# mkdir /etc/kubernetes/backup
# cp /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml /etc/kubernetes/backup/kube-apiserver.yaml
# cd /etc/kubernetes/manifests/
# cat kube-apiserver.yaml
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
annotations:
kubeadm.kubernetes.io/kube-apiserver.advertise-address.endpoint: 10.0.4.9:6443
creationTimestamp: null
labels:
component: kube-apiserver
tier: control-plane
name: kube-apiserver
namespace: kube-system
spec:
containers:
- command:
- kube-apiserver
- ......
- --authentication-token-webhook-config-file=/etc/config/webhook-config.json
image: registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/google_containers/kube-apiserver:v1.22.0
imagePullPolicy: IfNotPresent
......
volumeMounts:
......
- name: webhook-config
mountPath: /etc/config
readOnly: true
hostNetwork: true
priorityClassName: system-node-critical
securityContext:
seccompProfile:
type: RuntimeDefault
volumes:
......
- hostPath:
path: /etc/kubernetes/webhook
type: DirectoryOrCreate
name: webhook-config
status: {}

ps: 为了节约篇幅，上面省略了部分配置。

当修改完过后，kube-apiserver会自动重启。

测试Github认证

(1)在github上获取Token，操作如图所示

K8S自定义Webhook实现认证管理

(2)配置kubeconfig，添加user

# cat ~/.kube/config
apiVersion: v1
......
users:
- name: joker
user:
token: github:ghp_jevHquU4g43m46nczWS0ojxxxxxxxxx

(3)用Joker用户进行访问

返回结果如下，至于报错是因为用户的权限不足。

# kubectl get po --user=joker
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"

可以在webhook上看到日志信息，如下：

# ./kubernetes-auth-webhook
I1207 15:37:29.531502 21959 webhook.go:55] auth by github success

从日志和结果可以看到，使用Github认证是OK的。

测试LDAP认证

LDAP简介

LDAP是协议，不是软件。

LDAP是轻量目录访问协议，英文全称是Lightweight Directory Access Protocol，一般都简称为LDAP。按照我们对文件目录的理解，ldap可以看成一个文件系统，类似目录和文件树。

OpenLDAP是常用的服务之一，也是我们本次测试的认证服务。

安装OpenLDAP

OpenLDAP的安装方式有很多，可以使用容器部署，也可以直接安装在裸机上，这里采用后者。

# yum install -y openldap openldap-clients openldap-servers
# systemctl start slapd
# systemctl enable slapd

默认配置文件，位于/etc/openldap/slapd.d, 文件格式为LDAP Input Format (LDIF)， ldap目录特定的格式。这里不对配置文件做太多的介绍，有兴趣可以自己去学习学习【1】。

在LDAP上配置用户

(1)导入模板

ldapadd -Y EXTERNAL -H ldapi:/// -f /etc/openldap/schema/cosine.ldif
ldapadd -Y EXTERNAL -H ldapi:/// -f /etc/openldap/schema/nis.ldif
ldapadd -Y EXTERNAL -H ldapi:/// -f /etc/openldap/schema/inetorgperson.ldif

(2)创建base组织

# cat base.ldif
dn: dc=demo,dc=com
objectClass: top
objectClass: dcObject
objectClass: organization
o: ldap测试组织
dc: demo
dn: cn=Manager,dc=demo,dc=com
objectClass: organizationalRole
cn: Manager
description: 组织管理人
dn: ou=People,dc=demo,dc=com
objectClass: organizationalUnit
ou: People
dn: ou=Group,dc=demo,dc=com
objectClass: organizationalUnit
ou: Group

使用ldapadd添加base。

ldapadd -x -D cn=admin,dc=demo,dc=com -w admin -f base.ldif

(3)添加成员

# cat adduser.ldif
dn: cn=jack,ou=People,dc=demo,dc=com
changetype: add
objectClass: inetOrgPerson
cn: jack
departmentNumber: 1
title: 大牛
userPassword: 123456
sn: Bai
mail: jack@demo.com
displayName: 中文名

使用ldapadd执行添加。

ldapadd -x -D cn=admin,dc=demo,dc=com -w admin -f adduser.ldif

(4)将用户添加到组

# cat add_member_group.ldif
dn: cn=g-admin,ou=Group,dc=demo,dc=com
changetype: modify
add: member
member: cn=jack,ou=People,dc=demo,dc=com

使用ldapadd执行添加。

ldapadd -x -D cn=admin,dc=demo,dc=com -w admin -f add_member_group.ldif

配置kubeconfig，进行ldap认证测试

(1)修改~/.kube/config配置文件

# cat ~/.kube/config
apiVersion: v1
......
users:
- name: joker
user:
token: github:ghp_jevHquU4g43m46nczWS0oxxxxxxxx
- name: jack
user:
token: ldap:jack:123456

(2)使用kubectl进行测试

# kubectl get po --user=jack
Error from server (Forbidden): pods is forbidden: User "" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "default"