从网络安全视角看如何保护Kubernetes集群安全

2025年6月12日20:45:30评论2 views字数 4859阅读16分11秒阅读模式

Kubernetes 已成为容器编排的事实标准，但其复杂架构带来了诸多安全挑战，企业必须主动应对。保护 Kubernetes 集群需要采用多层防御策略，涵盖控制平面防护、强认证机制、网络分段、密钥管理和持续监控。本指南基于 CIS Kubernetes 基准和 NIST 网络安全框架等行业标准，提供 Kubernetes 环境中企业级安全防护的技术实现与最佳实践。

Part01

控制平面安全基础

Kubernetes 控制平面是集群的中枢神经系统，其安全性直接关系到整个集群的完整性。控制平面加固应从限制 API 服务器访问和实施全面加密策略开始。

API服务器加固

未经适当访问控制，kube-apiserver 绝不应直接暴露在互联网上。可通过简单 curl 命令测试 API 服务器的暴露情况：

 curl https://my-control-plane-ip:6443/api

若获得响应，则表明 API 服务器可公开访问，需立即修复。建议通过防火墙规则或安全组将访问限制在内网或企业 VPN。

关键 API 服务器安全配置包括启用 TLS 加密和证书管理。CIS Kubernetes 基准要求为 kube-apiserver 设置以下参数：

# 关键 kube-apiserver 安全参数--tls-cert-file=/etc/kubernetes/pki/apiserver.crt--tls-private-key-file=/etc/kubernetes/pki/apiserver.key--client-ca-file=/etc/kubernetes/pki/ca.crt--etcd-cafile=/etc/kubernetes/pki/etcd/ca.crt--encryption-provider-config=/etc/kubernetes/encryption-config.yaml

静态数据加密

Etcd 数据加密为敏感集群信息提供关键保护。通过创建 EncryptionConfiguration 对象配置加密：

apiVersion:apiserver.config.k8s.io/v1kind:EncryptionConfigurationresources:- resources:  - secrets  providers:  - aescbc:       keys:       - name: key1        secret: <32字节base64编码密钥> - identity: {}

创建配置后，使用指向该文件的--encryption-provider-config参数重启 kube-apiserver。这将确保所有密钥在存入 etcd 前均被加密，防范备份泄露导致的数据暴露风险。

Part02

基于角色的访问控制实施

RBAC（Role-Based Access Control）是 Kubernetes 授权的基石，在集群资源上实施最小权限原则。正确配置 RBAC 可防止未授权访问并限制潜在安全事件的影响范围。

创建细粒度角色

首先定义符合组织职责的特定角色：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1kind: Rolemetadata: namespace: production name: pod-readerrules:- apiGroups: [""] resources: ["pods"] verbs: ["get", "watch", "list"]---apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1kind: RoleBindingmetadata: name: read-pods namespace: productionsubjects:- kind: User name: jane apiGroup: rbac.authorization.k8s.ioroleRef: kind: Role name: pod-reader apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

此配置授予 production 命名空间内 pod 的只读权限，体现了细粒度权限分配原则。除非绝对必要，否则应避免授予集群范围的管理权限，这会显著增加安全风险。

服务账户安全

为应用程序创建仅含必要权限的专用服务账户：

apiVersion: v1kind: ServiceAccountmetadata: name: app-service-account namespace: application---apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1kind: Rolemetadata: namespace: application name: app-rolerules:- apiGroups: [""] resources: ["configmaps", "secrets"] verbs: ["get"]

此方法确保应用程序仅以必要权限运行，从而减少潜在攻击面。

Part03

网络安全与分段

网络策略提供关键的微隔离能力，控制 Pod 间及与外部资源的流量。实施全面的网络策略可构建纵深防御，防范横向移动攻击。

默认拒绝网络策略

通过实施默认拒绝策略建立基线安全态势：

apiVersion: networking.k8s.io/v1kind: NetworkPolicymetadata: name: default-deny-all namespace: productionspec: podSelector: {} policyTypes: - Ingress - Egress

该策略默认阻止所有流量，仅允许明确规则的必需通信。

选择性允许策略

为必要通信创建特定策略：

apiVersion: networking.k8s.io/v1kind: NetworkPolicymetadata: name: allow-web-to-api namespace: productionspec: podSelector:  matchLabels:   app: api-server policyTypes: - Ingress ingress: - from:  - podSelector:    matchLabels:     app: web-frontend  ports:  - protocol: TCP   port: 8080

此配置仅允许 web 前端 Pod 通过 8080 端口与 API 服务器通信，实现精确流量控制。

Part04

密钥管理与保护

Kubernetes 密钥需要谨慎处理，以防凭证泄露并确保应用生命周期中的安全完整性。

外部密钥管理集成

与外部密钥管理系统集成以增强安全性：

apiVersion: external-secrets.io/v1beta1kind: SecretStoremetadata: name: vault-backend namespace: productionspec: provider:  vault:   server: "https://vault.company.com"   path: "secret"   auth:    kubernetes:     mountPath: "kubernetes"     role: "production-role"

外部密钥存储提供自动轮换、审计日志和集中管理等高级功能。

密钥轮换自动化

使用 kubectl 和自定义脚本实现密钥自动轮换：

#!/bin/bash# 自动密钥轮换脚本kubectl create secret generic db-credentials  --from-literal=username=$NEW_USERNAME  --from-literal=password=$NEW_PASSWORD  --dry-run=client -o yaml | kubectl apply -f -kubectl rollout restart deployment/application

此方法确保密钥定期更新而无需人工干预。

Part05

Pod 安全标准实施

Pod 安全标准取代已弃用的 PodSecurityPolicies，通过准入控制器提供全面的工作负载保护。

受限安全配置

为生产工作负载配置最严格的安全策略：

apiVersion: v1kind: Namespacemetadata: name: secure-production labels:  pod-security.kubernetes.io/enforce: restricted  pod-security.kubernetes.io/audit: restricted  pod-security.kubernetes.io/warn: restricted

此配置强制执行受限策略，防止权限提升并实施安全最佳实践。

自定义安全上下文

定义显式安全上下文以增强保护：

apiVersion: apps/v1kind: Deploymentmetadata: name: secure-appspec: template:  spec:   securityContext:    runAsNonRoot: true    runAsUser: 10001    fsGroup: 10001   containers:   - name: app    securityContext:     allowPrivilegeEscalation: false     readOnlyRootFilesystem: true     capabilities:      drop:      - ALL

这些设置可防止权限提升，并将容器能力限制在必需功能范围内。

Part06

安全监控与威胁检测

持续监控提供集群安全事件和潜在威胁的实时可见性。部署 Falco 进行运行时安全监控：

apiVersion: apps/v1kind: DaemonSetmetadata: name: falcospec: selector:  matchLabels:   app: falco template:  spec:   containers:   - name: falco    image: falcosecurity/falco:latest    securityContext:     privileged: true    volumeMounts:    - name: proc     mountPath: /host/proc     readOnly: true

Falco 可检测异常行为，包括未授权系统调用、权限提升和可疑网络活动。

Part07

合规性与漏洞管理

定期合规审计确保符合安全框架要求并识别配置偏差。使用 Trivy 进行全面的漏洞扫描：

# 扫描集群漏洞和错误配置trivy k8s --report=summary cluster# 扫描特定命名空间trivy k8s -n production --severity=CRITICAL --report=all

Trivy 可识别容器镜像漏洞、Kubernetes 配置问题以及违反 CIS 基准的情况。

Part08

总结

保护 Kubernetes 集群安全需要在所有架构组件上实施多层防护。通过加固控制平面、实施强健的 RBAC 策略、建立网络分段、安全管理密钥、执行 Pod 安全标准以及持续监控，企业可实现企业级安全防护。定期合规审计和漏洞评估确保对不断演变的威胁提供持续保护。

成功的关键在于将安全视为开发和部署流程的组成部分，而非事后补救。这需要安全团队与 DevOps 工程师协作，在保障安全的同时维持运营效率。

参考来源：

How to Secure Kubernetes Clusters – A Cybersecurity Perspectivehttps://cybersecuritynews.com/secure-kubernetes-clusters/

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原文始发于微信公众号（FreeBuf）：从网络安全视角看如何保护Kubernetes集群安全

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