從網絡安全視角看如何保護 Kubernetes 集群安全
Kubernetes 已成為容器編排的事實標準，但其復雜架構帶來了諸多安全挑戰，企業必須主動應對。保護 Kubernetes 集群需要采用多層防御策略，涵蓋控制平面防護、強認證機制、網絡分段、密鑰管理和持續監控。
本指南基于 CIS Kubernetes 基準和 NIST 網絡安全框架等行業標準，提供 Kubernetes 環境中企業級安全防護的技術實現與優秀實踐。
一、控制平面安全基礎
Kubernetes 控制平面是集群的中樞神經系統，其安全性直接關系到整個集群的完整性。控制平面加固應從限制 API 服務器訪問和實施全面加密策略開始。
1. API 服務器加固
未經適當訪問控制，kube-apiserver 絕不應直接暴露在互聯網上。可通過簡單 curl 命令測試 API 服務器的暴露情況：
curl https://my-control-plane-ip:6443/api若獲得響應，則表明 API 服務器可公開訪問，需立即修復。建議通過防火墻規則或安全組將訪問限制在內網或企業 VPN。
關鍵 API 服務器安全配置包括啟用 TLS 加密和證書管理。CIS Kubernetes 基準要求為 kube-apiserver 設置以下參數：
# 關鍵 kube-apiserver 安全參數
--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.yaml2. 靜態數據加密
Etcd 數據加密為敏感集群信息提供關鍵保護。通過創建 EncryptionConfiguration 對象配置加密：
apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
kind: EncryptionConfiguration
resources:
- resources:
- secrets
providers:
- aescbc:
keys:
- name: key1
secret: <32字節base64編碼密鑰>
- identity: {}創建配置后，使用指向該文件的--encryption-provider-config參數重啟 kube-apiserver。這將確保所有密鑰在存入 etcd 前均被加密，防范備份泄露導致的數據暴露風險。
二、基于角色的訪問控制實施
RBAC（Role-Based Access Control）是 Kubernetes 授權的基石，在集群資源上實施最小權限原則。正確配置 RBAC 可防止未授權訪問并限制潛在安全事件的影響范圍。
1. 創建細粒度角色
首先定義符合組織職責的特定角色：
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: production
name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["pods"]
verbs: ["get", "watch", "list"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
name: read-pods
namespace: production
subjects:
- kind: User
name: jane
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
kind: Role
name: pod-reader
apiGroup: rbac.authorization.k8s.io此配置授予 production 命名空間內 pod 的只讀權限，體現了細粒度權限分配原則。除非絕對必要，否則應避免授予集群范圍的管理權限，這會顯著增加安全風險。
2. 服務賬戶安全
為應用程序創建僅含必要權限的專用服務賬戶：
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
name: app-service-account
namespace: application
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
namespace: application
name: app-role
rules:
- apiGroups: [""]
resources: ["configmaps", "secrets"]
verbs: ["get"]此方法確保應用程序僅以必要權限運行，從而減少潛在攻擊面。
三、網絡安全與分段
網絡策略提供關鍵的微隔離能力，控制 Pod 間及與外部資源的流量。實施全面的網絡策略可構建縱深防御，防范橫向移動攻擊。
1. 默認拒絕網絡策略
通過實施默認拒絕策略建立基線安全態勢：
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: default-deny-all
namespace: production
spec:
podSelector: {}
policyTypes:
- Ingress
- Egress該策略默認阻止所有流量，僅允許明確規則的必需通信。
2. 選擇性允許策略
為必要通信創建特定策略：
apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: NetworkPolicy
metadata:
name: allow-web-to-api
namespace: production
spec:
podSelector:
matchLabels:
app: api-server
policyTypes:
- Ingress
ingress:
- from:
- podSelector:
matchLabels:
app: web-frontend
ports:
- protocol: TCP
port: 8080此配置僅允許 web 前端 Pod 通過 8080 端口與 API 服務器通信，實現精確流量控制。
四、密鑰管理與保護
Kubernetes 密鑰需要謹慎處理，以防憑證泄露并確保應用生命周期中的安全完整性。
1. 外部密鑰管理集成
與外部密鑰管理系統集成以增強安全性：
apiVersion: external-secrets.io/v1beta1
kind: SecretStore
metadata:
name: vault-backend
namespace: production
spec:
provider:
vault:
server: "https://vault.company.com"
path: "secret"
auth:
kubernetes:
mountPath: "kubernetes"
role: "production-role"外部密鑰存儲提供自動輪換、審計日志和集中管理等高級功能。
2. 密鑰輪換自動化
使用 kubectl 和自定義腳本實現密鑰自動輪換：
#!/bin/bash
# 自動密鑰輪換腳本
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此方法確保密鑰定期更新而無需人工干預。
五、Pod 安全標準實施
Pod 安全標準取代已棄用的 PodSecurityPolicies，通過準入控制器提供全面的工作負載保護。
1. 受限安全配置
為生產工作負載配置最嚴格的安全策略：
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: secure-production
labels:
pod-security.kubernetes.io/enforce: restricted
pod-security.kubernetes.io/audit: restricted
pod-security.kubernetes.io/warn: restricted此配置強制執行受限策略，防止權限提升并實施安全最佳實踐。
2. 自定義安全上下文
定義顯式安全上下文以增強保護：
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: secure-app
spec:
template:
spec:
securityContext:
runAsNonRoot: true
runAsUser: 10001
fsGroup: 10001
containers:
- name: app
securityContext:
allowPrivilegeEscalation: false
readOnlyRootFilesystem: true
capabilities:
drop:
- ALL這些設置可防止權限提升，并將容器能力限制在必需功能范圍內。
2. 安全監控與威脅檢測
持續監控提供集群安全事件和潛在威脅的實時可見性。部署 Falco 進行運行時安全監控：
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: falco
spec:
selector:
matchLabels:
app: falco
template:
spec:
containers:
- name: falco
image: falcosecurity/falco:latest
securityContext:
privileged: true
volumeMounts:
- name: proc
mountPath: /host/proc
readOnly: trueFalco 可檢測異常行為，包括未授權系統調用、權限提升和可疑網絡活動。
六、合規性與漏洞管理
定期合規審計確保符合安全框架要求并識別配置偏差。使用 Trivy 進行全面的漏洞掃描：
# 掃描集群漏洞和錯誤配置
trivy k8s --report=summary cluster
# 掃描特定命名空間
trivy k8s -n production --severity=CRITICAL --report=allTrivy 可識別容器鏡像漏洞、Kubernetes 配置問題以及違反 CIS 基準的情況。
七、總結
保護 Kubernetes 集群安全需要在所有架構組件上實施多層防護。通過加固控制平面、實施強健的 RBAC 策略、建立網絡分段、安全管理密鑰、執行 Pod 安全標準以及持續監控，企業可實現企業級安全防護。定期合規審計和漏洞評估確保對不斷演變的威脅提供持續保護。成功的關鍵在于將安全視為開發和部署流程的組成部分，而非事后補救。這需要安全團隊與 DevOps 工程師協作，在保障安全的同時維持運營效率。
