Kubernetes 中的用户与身份认证授权

在 Kubernetes 集群运维过程中，我们会接触到各种认证方式：在 master 节点上生成的证书和 token、kubelet 配置中的 bootstrap token、为应用创建的 service account，以及 Dashboard 中使用的 kubeconfig 或 token 登录等。这些都属于什么认证方式？如何区分用户？本文将深入解析 Kubernetes 的身份认证机制。

理解 Kubernetes 中的用户类型

Kubernetes 集群中包含两类用户：

  1. Service Account（服务账户）：由 Kubernetes 管理的账户
  2. 普通用户：由外部独立服务管理的账户

普通用户

普通用户被假定为由外部独立服务管理，如：

  • 管理员分发的私钥
  • 用户存储系统（如 Keystone 或 Google 账户）
  • 包含用户名和密码列表的文件

重要特点：

  • Kubernetes 没有代表普通用户账户的对象
  • 无法通过 API 调用向集群中添加普通用户
  • 必须通过外部系统进行管理

Service Account

Service Account 是由 Kubernetes API 管理的账户：

  • 绑定到特定的 namespace
  • 由 API server 自动创建或通过 API 调用手动创建
  • 关联一套凭证，存储在 Secret 中
  • 这些凭证可挂载到 Pod 中，允许 Pod 与 Kubernetes API 通信

请求身份绑定

API 请求会被绑定到以下身份之一：

  • 普通用户
  • Service Account
  • 匿名请求

集群内外的每个进程（从工作站上的 kubectl 用户到节点上的 kubelet，再到控制平面组件）都必须在向 API Server 发出请求时进行身份验证，或者被视为匿名用户。

认证策略详解

Kubernetes 使用多种身份认证插件来验证 API 请求，包括客户端证书、bearer token、身份验证代理和 HTTP 基本身份验证。

认证属性

当 HTTP 请求发送到 API server 时，认证插件会尝试将以下属性关联到请求：

  • 用户名：标识最终用户的字符串（如 kube-admin 或 [email protected]）
  • UID：比用户名更一致且唯一的用户标识符
  • 组：将用户与常规用户组关联的字符串组
  • 额外字段：包含其他有用认证信息的键值映射

多重认证

  • 可以同时启用多种身份验证方式
  • 通常至少使用两种：Service Account token 和至少一种其他用户认证方式
  • 启用多个认证模块时，第一个成功认证的模块会短路后续认证
  • system:authenticated 组包含所有已验证用户

主要认证方法

X509 客户端证书

启用方式：

--client-ca-file=SOMEFILE

工作原理：

  • 引用文件必须包含一个或多个证书颁发机构
  • 使用证书 subject 的 Common Name（CN）作为用户名
  • 使用证书的 organization 字段指示用户组成员身份
  • 支持多个 organization 字段实现多组成员身份

示例：

openssl req -new -key jbeda.pem -out jbeda-csr.pem -subj "/CN=jbeda/O=app1/O=app2"

静态 Token 文件

启用方式：

--token-auth-file=SOMEFILE

文件格式：

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

特点：

  • Token 无限期持续
  • 需要重启 API server 才能更改 token 列表

在请求中使用：

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

Bootstrap Token

Bootstrap Token 是动态管理的 bearer token，用于简化新集群的初始化。

格式：[a-z0-9]{6}.[a-z0-9]{16}

示例：

Authorization: Bearer 781292.db7bc3a58fc5f07e

启用配置：

# API server
--enable-bootstrap-token-auth

# Controller Manager
--controllers=*,tokencleaner

认证信息：

  • 用户名：system:bootstrap:<Token ID>
  • 组：system:bootstrappers

静态密码文件

启用方式：

--basic-auth-file=SOMEFILE

文件格式：

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

HTTP 请求格式：

Authorization: Basic BASE64ENCODED(USER:PASSWORD)

注意：基本身份认证的安全性较低，不推荐在生产环境使用。

Service Account Token

Service Account 认证是自动启用的验证器，使用签名的 bearer token。

相关参数：

  • --service-account-key-file：包含签名 bearer token 的 PEM 编码文件
  • --service-account-lookup：启用后，从 API 中删除的 token 将被撤销

创建 Service Account：

kubectl create serviceaccount jenkins

查看生成的 secret：

kubectl get secret jenkins-token-1yvwg -o yaml

认证信息：

  • 用户名：system:serviceaccount:(NAMESPACE):(SERVICEACCOUNT)
  • 组：system:serviceaccounts 和 system:serviceaccounts:(NAMESPACE)

在 Pod 中使用：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
  namespace: default
spec:
  replicas: 3
  template:
    spec:
      serviceAccountName: bob-the-bot
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:1.14.2

OpenID Connect Token

OpenID Connect 是基于 OAuth2 的身份认证协议，支持与外部身份提供商集成。

Kubernetes OpenID Connect Flow
Kubernetes OpenID Connect Flow

认证流程：

  1. 登录到身份提供商
  2. 获取 access_token、id_token 和 refresh_token
  3. 使用 id_token 作为 bearer token
  4. API server 验证 JWT 签名和有效性
  5. 完成用户授权

API Server 配置参数：

参数描述是否必需
--oidc-issuer-url身份提供商的 URL是
--oidc-client-id客户端 ID是
--oidc-username-claimJWT 中用作用户名的字段否
--oidc-groups-claimJWT 中用作用户组的字段否
--oidc-ca-file身份提供商的 CA 证书路径否

kubectl 配置示例：

kubectl config set-credentials mmosley \
    --auth-provider=oidc \
    --auth-provider-arg=idp-issuer-url=https://oidcidp.example.com \
    --auth-provider-arg=client-id=kubernetes \
    --auth-provider-arg=client-secret=1db158f6-177d-4d9c-8a8b-d36869918ec5 \
    --auth-provider-arg=refresh-token=q1bKLFOyUiosTfawzA93TzZ... \
    --auth-provider-arg=id-token=eyJraWQiOiJDTj1vaWRjaWRwLnRyZW1vbG8...

Webhook Token 认证

Webhook 认证允许使用远程服务验证 bearer token。

配置参数：

  • --authentication-token-webhook-config-file：描述远程 webhook 服务的 kubeconfig 文件
  • --authentication-token-webhook-cache-ttl：缓存认证结果的时间（默认 2 分钟）

配置文件示例：

clusters:
  - name: name-of-remote-authn-service
    cluster:
      certificate-authority: /path/to/ca.pem
      server: https://authn.example.com/authenticate

users:
  - name: name-of-api-server
    user:
      client-certificate: /path/to/cert.pem
      client-key: /path/to/key.pem

current-context: webhook
contexts:
- context:
    cluster: name-of-remote-authn-service
    user: name-of-api-server
  name: webhook

请求格式：

{
  "apiVersion": "authentication.k8s.io/v1",
  "kind": "TokenReview",
  "spec": {
    "token": "(BEARERTOKEN)"
  }
}

成功响应：

{
  "apiVersion": "authentication.k8s.io/v1",
  "kind": "TokenReview",
  "status": {
    "authenticated": true,
    "user": {
      "username": "[email protected]",
      "uid": "42",
      "groups": ["developers", "qa"]
    }
  }
}

认证代理

API server 可以配置为从请求 header 中识别用户身份。

配置参数：

  • --requestheader-username-headers：用户名 header（必需）
  • --requestheader-group-headers：用户组 header（可选）
  • --requestheader-extra-headers-prefix：额外字段 header 前缀（可选）
  • --requestheader-client-ca-file：验证代理证书的 CA 文件（必需）

配置示例：

--requestheader-username-headers=X-Remote-User
--requestheader-group-headers=X-Remote-Group
--requestheader-extra-headers-prefix=X-Remote-Extra-

请求示例：

GET / HTTP/1.1
X-Remote-User: fido
X-Remote-Group: dogs
X-Remote-Group: dachshunds
X-Remote-Extra-Scopes: openid

高级认证功能

匿名请求

版本差异：

  • 1.5.x：默认禁用，使用 --anonymous-auth=false 启用
  • 1.6+：默认启用（非 AlwaysAllow 授权模式），使用 --anonymous-auth=false 禁用

匿名用户身份：

  • 用户名：system:anonymous
  • 组名：system:unauthenticated

用户模拟

管理员可以通过模拟 header 充当其他用户，用于调试授权策略。

模拟 Header：

  • Impersonate-User：模拟的用户名
  • Impersonate-Group：模拟的组名（可多次使用）
  • Impersonate-Extra-*：额外字段

kubectl 使用：

kubectl drain mynode --as=superman --as-group=system:masters

RBAC 权限配置：

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  name: impersonator
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["users", "groups", "serviceaccounts"]
  verbs: ["impersonate"]

证书管理

使用 OpenSSL 生成证书

生成 CA 证书：

# 生成 CA 私钥
openssl genrsa -out ca.key 2048

# 生成 CA 证书
openssl req -x509 -new -nodes -key ca.key -subj "/CN=${MASTER_IP}" -days 10000 -out ca.crt

生成服务器证书：

# 生成服务器私钥
openssl genrsa -out server.key 2048

# 生成证书签名请求
openssl req -new -key server.key -subj "/CN=${MASTER_IP}" -out server.csr

# 生成服务器证书
openssl x509 -req -in server.csr -CA ca.crt -CAkey ca.key -CAcreateserial -out server.crt -days 10000

API Server 配置：

--client-ca-file=/path/to/ca.crt
--tls-cert-file=/path/to/server.crt
--tls-private-key-file=/path/to/server.key

使用 certificates.k8s.io API

Kubernetes 提供了 certificates.k8s.io API 来管理 x509 证书，支持自动化证书生命周期管理。

最佳实践

  1. 多重认证：结合使用多种认证方式以提高安全性
  2. 最小权限原则：为不同用户和服务分配最小必需权限
  3. 定期轮换：定期更新证书和 token
  4. 审计日志：启用审计功能跟踪认证和授权活动
  5. 外部身份提供商：在企业环境中集成 LDAP、OIDC 等外部认证系统

参考资料

发布于: 2022/05/21 • 最后更新: 2025/07/12 • 编辑页面

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