K8S自定义webhook实现认证管理

作者：乔克
公众号：运维开发故事
知乎：乔克叔叔
博客：https://www.coolops.cn

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。

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。

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

软件	版本
Go	1.17.3
Kubernetes	v1.22.3
System	CentOS7.6

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 <EOF
{
  "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

（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