Kubernetes 使用KMS驱动进行数据加密

使用 KMS 驱动进行数据加密

本页展示了如何配置秘钥管理服务—— Key Management Service (KMS) 驱动和插件以启用 Secret 数据加密。

在开始之前

• 你必须拥有一个 Kubernetes 的集群，同时你的 Kubernetes 集群必须带有 kubectl 命令行工具。 建议在至少有两个节点的集群上运行本教程，且这些节点不作为控制平面主机。 如果你还没有集群，你可以通过 Minikube 构建一个你自己的集群，或者你可以使用下面任意一个 Kubernetes 工具构建：
• Katacoda
• 玩转 Kubernetes

要检查版本，请输入 ​kubectl version​

• 需要 Kubernetes 1.10.0 或更新版本
• 需要 etcd v3 或更新版本

FEATURE STATE: Kubernetes v1.12 [beta]

KMS 加密驱动使用封套加密模型来加密 etcd 中的数据。 数据使用数据加密秘钥（DEK）加密；每次加密都生成一个新的 DEK。 这些 DEK 经一个秘钥加密秘钥（KEK）加密后在一个远端的 KMS 中存储和管理。 KMS 驱动使用 gRPC 与一个特定的 KMS 插件通信。这个 KMS 插件作为一个 gRPC 服务器被部署在 Kubernetes 主服务器的同一个主机上，负责与远端 KMS 的通信。

配置 KMS 驱动

为了在 API 服务器上配置 KMS 驱动，在加密配置文件中的驱动数组中加入一个类型为 ​kms ​的驱动，并设置下列属性：

• ​name​: KMS 插件的显示名称。
• ​endpoint​: gRPC 服务器（KMS 插件）的监听地址。该端点是一个 UNIX 域套接字。
• ​cachesize​: 以明文缓存的数据加密秘钥（DEKs）的数量。一旦被缓存， 就可以直接使用 DEKs 而无需另外调用 KMS；而未被缓存的 DEKs 需要调用一次 KMS 才能解包。
• ​timeout​: 在返回一个错误之前，kube-apiserver 等待 kms-plugin 响应的时间（默认是 3 秒）。

实现 KMS 插件

为实现一个 KMS 插件，你可以开发一个新的插件 gRPC 服务器或启用一个由你的云服务驱动提供的 KMS 插件。 你可以将这个插件与远程 KMS 集成，并把它部署到 Kubernetes 的主服务器上。

启用由云服务驱动支持的 KMS

有关启用云服务驱动特定的 KMS 插件的说明，请咨询你的云服务驱动商。

开发 KMS 插件 gRPC 服务器

你可以使用 Go 语言的存根文件开发 KMS 插件 gRPC 服务器。 对于其他语言，你可以用 proto 文件创建可以用于开发 gRPC 服务器代码的存根文件。

• 使用 Go：使用存根文件 service.pb.go 中的函数和数据结构开发 gRPC 服务器代码。
• 使用 Go 以外的其他语言：用 protoc 编译器编译 proto 文件： service.proto 为指定语言生成存根文件。

然后使用存根文件中的函数和数据结构开发服务器代码。

注意：

• kms 插件版本：​v1beta1 ​

作为对过程调用 Version 的响应，兼容的 KMS 插件应把 v1beta1 作为 VersionResponse.version 返回

• 消息版本：​v1beta1 ​

所有来自 KMS 驱动的消息都把 version 字段设置为当前版本 v1beta1

• 协议：UNIX 域套接字 (​unix​)

gRPC 服务器应监听 UNIX 域套接字

将 KMS 插件与远程 KMS 整合

KMS 插件可以用任何受 KMS 支持的协议与远程 KMS 通信。 所有的配置数据，包括 KMS 插件用于与远程 KMS 通信的认证凭据，都由 KMS 插件独立地存储和管理。 KMS 插件可以用额外的元数据对密文进行编码，这些元数据是在把它发往 KMS 进行解密之前可能要用到的。

部署 KMS 插件 

确保 KMS 插件与 Kubernetes 主服务器运行在同一主机上。

使用 KMS 驱动加密数据

为了加密数据：

1. 使用 ​kms ​驱动的相应的属性创建一个新的加密配置文件：

kind: EncryptionConfiguration
apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
resources:
  - resources:
    - secrets
    providers:
    - kms:
        name: myKmsPlugin
        endpoint: unix:///tmp/socketfile.sock
        cachesize: 100
        timeout: 3s
    - identity: {}

2. 设置 kube-apiserver 的 ​--encryption-provider-config​ 参数指向配置文件的位置。
3. 重启 API 服务器。

验证数据已经加密 

写入 etcd 时数据被加密。重启 kube-apiserver 后，任何新建或更新的 Secret 在存储时应该已被加密。 要验证这点，你可以用 etcdctl 命令行程序获取 Secret 内容。

1. 在默认的命名空间里创建一个名为 secret1 的 Secret：

kubectl create secret generic secret1 -n default --from-literal=mykey=mydata

2. 用 etcdctl 命令行，从 etcd 读取出 Secret：

ETCDCTL_API=3 etcdctl get /kubernetes.io/secrets/default/secret1 [...] | hexdump -C

其中 ​[...]​ 是用于连接 etcd 服务器的额外参数。

3. 验证保存的 Secret 是否是以 ​k8s:enc:kms:v1:​ 开头的，这表明 ​kms ​驱动已经对结果数据加密。
4. 验证 Secret 在被 API 获取时已被正确解密：

kubectl describe secret secret1 -n default

结果应该是 ​mykey: mydata​。

确保所有 Secret 都已被加密

因为 Secret 是在写入时被加密的，所以在更新 Secret 时也会加密该内容。

下列命令读取所有 Secret 并更新它们以便应用服务器端加密。如果因为写入冲突导致错误发生， 请重试此命令。对较大的集群，你可能希望根据命名空间或脚本更新去细分 Secret 内容。

kubectl get secrets --all-namespaces -o json | kubectl replace -f -

从本地加密驱动切换到 KMS 驱动 

为了从本地加密驱动切换到 ​kms ​驱动并重新加密所有 Secret 内容：

1. 在配置文件中加入 ​kms ​驱动作为第一个条目，如下列样例所示

kind: EncryptionConfiguration
apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
resources:
  - resources:
    - secrets
    providers:
    - kms:
        name : myKmsPlugin
        endpoint: unix:///tmp/socketfile.sock
        cachesize: 100
    - aescbc:
         keys:
         - name: key1
           secret: <BASE 64 ENCODED SECRET>

2. 重启所有 kube-apiserver 进程。
3. 运行下列命令使用 ​kms ​驱动强制重新加密所有 Secret。

kubectl get secrets --all-namespaces -o json| kubectl replace -f -

禁用静态数据加密

要禁用静态数据加密：

1. 将 ​identity ​驱动作为配置文件中的第一个条目：

kind: EncryptionConfiguration
apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
resources:
  - resources:
    - secrets
    providers:
    - identity: {}
    - kms:
        name : myKmsPlugin
        endpoint: unix:///tmp/socketfile.sock
        cachesize: 100

2. 重启所有 kube-apiserver 进程。
3. 运行下列命令强制重新加密所有 Secret。

kubectl get secrets --all-namespaces -o json | kubectl replace -f -