Kubernetes 認證強化：圖像拉取與 DRA 管理員存取

引言

隨著雲原生應用的普及，Kubernetes 作為容器編排平臺，其安全性成為企業關注的核心議題。近期 Kubernetes 1.23 版本推出多項安全增強功能，聚焦於圖像拉取（Image Pulling）與動態資源分配（DRA）管理員存取（DRA Admin Access）的認證機制，並透過授權（Authorization）與信任憑證捆綁（Cluster Trust Bundle）等技術，提升集群的整體安全性。本文將深入解析這些功能的技術細節、應用場景與實作步驟，協助讀者理解如何在實際環境中部署與優化。

主要內容

技術定義與核心概念

1. 圖像拉取（Image Pulling）與服務帳戶憑證

圖像拉取是 Kubernetes Pod 啟動時從容器註冊服務（如 Docker Hub、私有 registry）取得鏡像的過程。傳統做法依賴長期有效的憑證（如 Secret），易成為攻擊目標。1.23 版本引入 服務帳戶圖像拉取憑證（Service Account Image Pull Credential），允許 Pod 使用自身身分動態配置憑證，透過投影服務帳戶令牌（Projected Service Account Token）實現短暫令牌（Short-Lived Token）機制，降低長期憑證的風險。

2. DRA 管理員存取（DRA Admin Access）

動態資源分配（Dynamic Resource Allocation, DRA）是 Kubernetes 用於管理資源請求的機制，而 DRA Admin Access 則透過標籤（Label）控制管理員用戶對特定命名空間的存取權限。例如，標籤 resource-category-admin-access: true 的命名空間僅允許高權限用戶創建資源聲明（Resource Claim）與模板（Resource Claim Template），確保資源分配的可控性。

3. 信任憑證捆綁（Cluster Trust Bundle）

信任憑證捆綁用於管理集群內服務的 TLS 證書，透過 API 物件定義信任來源（Trusted Server），並將證書掛載至 Pod 的投影卷（Projected Volume）。此功能簡化了信任簽名者的安裝與維護，並支援 QPS 伺服器的自訂信任配置。

重要特性與功能

1. 圖像拉取憑證追蹤（Image Pull Credential Tracing）

此功能記錄每次圖像拉取的憑證資訊，並在其他 Pod 訪問節點上已拉取的圖像時，驗證其憑證是否與原始拉取憑證匹配。若不匹配，強制重新進行圖像註冊驗證（Register Authentication），減少對容器註冊服務的依賴，避免 AlwaysPullPolicy 的頻繁查詢。

2. 細粒度 API 授權（Fine-Grained Cublet API Authorization）

管理員可為特定 API 端點（如 config z、pause）授予精準權限，遵循最小權限原則（Least Privilege）。此功能支援監控與日誌代理程式僅訪問必要 API 端點，降低潛在攻擊面。

3. 節點限制擴展（Node Restriction Extension）

此功能延伸節點限制至服務帳戶，限制服務帳戶僅訪問特定節點物件，用於標籤節點的工負載（如 DaemonSet），提升資源使用的安全性。

4. PSA（Pod Security Admission）限制擴展

限制探針（Probe）與生命週期處理器（Lifecycle Handler）配置中的 host 字段，防止伺服器端請求偽造（SSRF）漏洞，強化 Pod 的安全性。

實際應用案例與實作步驟

1. DRA 管理員存取配置

• 步驟一：建立標籤命名空間（如 admin-namespace），並標籤 resource-category-admin-access: true。
• 步驟二：更新 Pod YAML 檔案，指定新命名空間與資源聲明（Resource Claim）。
• 範例 YAML：

  metadata:
    namespace: admin-namespace
  spec:
    containers:
      - name: app
        image: <image-name>
    resources:
      claims:
        - name: resource-claim
  

• 修正方法：若管理員 Pod 試圖拉取 GPU 資源失敗，需創建標籤命名空間並更新 Pod YAML。

2. 圖像拉取驗證測試

• 舊集群行為：Pod 啟動但無法拉取私有鏡像（因無憑證），導致安全風險。
• 新集群行為：透過 Secret 配置 registry 身分驗證，若未提供憑證，Pod 會直接失敗，並顯示錯誤訊息（如 image pull failed）。

3. 信任憑證捆綁配置

• 步驟一：創建服務證書與私鑰，並配置 Cluster Trust Bundle。
• 範例 YAML：

  apiVersion: cert-manager.io/v1
  kind: ClusterTrustBundle
  metadata:
    name: test-trust-bundle
  spec:
    ca: <CA_PEM>
    labels:
      ca.name: test-ca
  

• 應用場景：服務端點（如 HTTP 服務）掛載證書 Volume，並透過標籤選擇器指定 CA。

技術優勢與挑戰

1. 優勢

• 提升安全性：減少長期憑證依賴，降低憑證洩露風險。
• 細粒度控制：透過標籤與資源聲明實現精準權限管理。
• 簡化維護：信任憑證捆綁降低 TLS 證書管理的複雜度。

2. 挑戰

• 配置複雜度：需仔細配置標籤、Secret 與 Cluster Trust Bundle，避免權限錯誤。
• 兼容性考量：部分功能（如 Image Pull Credential Tracing）仍處於 Beta 或 Alpha 階段，需評估穩定性。

總結

Kubernetes 1.23 版本透過圖像拉取憑證追蹤、DRA 管理員存取與信任憑證捆綁等技術，顯著強化了集群的認證與授權機制。企業在部署時應根據實際需求，合理配置資源聲明、標籤與 Secret，並定期審查權限策略。未來版本將進一步優化節點驗證與 PSA 限制，持續提升 Kubernetes 的預設安全姿態。