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用 Cloudflare Zero Trust 支持 Kubectl

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Kubectl with Cloudflare Zero Trust

Cloudflare 在工程工作负载方面非常依赖 Kubernetes:用于支持我们的 API 后端,进行批处理,例如分析汇总和自动程序检测,以及 CI/CD 管道等工程工具。但在负载平衡器、API 服务器、etcd、入口和 pod 之间,Kubernetes 暴露的表面区域可能相当之大。

本文分享了我们工程团队的一些经验——如何使用 Cloudflare Zero Trust 来保护 Kubernetes 安全,而且无需代理即可启用 kubectl。

保护 Kubernetes 安全的一般方法

我们的安全措施严格限制了哪些流量可以通过网络访问我们的集群。在网络服务暴露之处,我们还增加了额外的保护措施,例如要求 Cloudflare Access 身份验证或双向 TLS(或两者)才能访问入口资源。

这些网络限制包括对集群 API 服务器的访问。没有该访问权限,Cloudflare 的工程师就无法使用 kubectl 等工具从内部观察其团队资源。虽然我们相信持续部署和 GitOps 是最佳实践,但允许开发人员使用 Kubernetes API 有助于排除故障,提高开发人员的速度。没有访问权限会破坏计划。

为满足我们的安全要求,我们正在使用 Cloudflare Zero Trust。我们想分享我们的使用方法及调整过程。

Zero Trust 之前

Zero Trust 之前,工程师可以通过连接 VPN 设备来访问 Kubernetes API。虽然这是整个行业的常见方法,也确实可以访问 API,但这将工程师作为客户端引入了内部网络:他们的网络访问权限远超所需。

我们对这种情况并不满意,但这是近几年来的现状。2020 年初,我们弃用了 VPN,因此 Kubernetes 团队需要寻找其他解决方案。

使用 Cloudflare Tunnel 支持 Kubernetes

当时,我们与 Cloudflare Tunnel 的开发团队密切合作,希望增进支持使用 Access和 cloudflared 隧道处理 kubectl 连接。

这于我们的工程用户是有效的,但对刚入职的新员工则是一个巨大障碍。每个 Kubernetes 集群都需要从工程师的设备上获得自己的隧道连接,使得集群随机打乱非常烦人。虽然 kubectl 支持通过 SOCKS 代理连接,但这种支持并不适用于 Kubernetes 生态系统的所有工具。

我们在内部继续使用这个解决方案,同时努力寻找更好的解决方案。

使用 Zero Trust 支持 Kubernetes

自 Cloudflare One 推出以来,我们一直使用各种配置对 Zero Trust 代理进行内部测试。起初,我们一直用它来实施安全的 DNS 1.1.1.1。后来,我们开始用它来测试其他 Zero Trust 功能。

现在,我们利用 Cloudflare Zero Trust 中的专用网络路由来允许工程师访问 Kubernetes API,无需设置 cloudflared 隧道,也无需配置 kubectl 和其他 Kubernetes 生态系统工具来使用隧道。这并不是 Cloudflare 特有的做法,您也可以立即让团队采用这种方法。

配置 Zero Trust

我们使用了一个配置管理工具来完成 Zero Trust 配置,以实现基础设施即代码,并进行了如下调整。不过,使用 Cloudflare Zero Trust 仪表板也可以完成相同的配置。

首先,我们需要创建一个新隧道。该隧道将用于连接 Cloudflare 边缘网络和 Kubernetes API。我们使用后文所述配置,在 Kubernetes 内运行隧道端点。

resource "cloudflare_argo_tunnel" "k8s_zero_trust_tunnel" {
  account_id = var.account_id
  name       = "k8s_zero_trust_tunnel"
  secret     = var.tunnel_secret
}

“tunnel_secret”密钥应该是一个 32 字节的随机数,您应该暂时保存,因为后面我们会在 Kubernetes 设置中再次使用它。

创建隧道后,我们需要创建路由,让 Cloudflare 网络知道哪些流量需要通过隧道发送。

resource "cloudflare_tunnel_route" "k8s_zero_trust_tunnel_ipv4" {
  account_id = var.account_id
  tunnel_id  = cloudflare_argo_tunnel.k8s_zero_trust_tunnel.id
  network    = "198.51.100.101/32"
  comment    = "Kubernetes API Server (IPv4)"
}
 
resource "cloudflare_tunnel_route" "k8s_zero_trust_tunnel_ipv6" {
  account_id = var.account_id
  tunnel_id  = cloudflare_argo_tunnel.k8s_zero_trust_tunnel.id
  network    = "2001:DB8::101/128"
  comment    = "Kubernetes API Server (IPv6)"
}

我们支持通过 IPv4 和 IPv6 地址访问 Kubernetes API,所以两者都要配置路由。如果通过主机名连接 API 服务器,这些 IP 地址应该与通过 DNS 查询返回的内容一致。

接下来我们将配置 Cloudflare Gateway 的设置,使其与 API 服务器和客户端兼容。

resource "cloudflare_teams_list" "k8s_apiserver_ips" {
  account_id = var.account_id
  name       = "Kubernetes API IPs"
  type       = "IP"
  items      = ["198.51.100.101/32", "2001:DB8::101/128"]
}
 
resource "cloudflare_teams_rule" "k8s_apiserver_zero_trust_http" {
  account_id  = var.account_id
  name        = "Don't inspect Kubernetes API"
  description = "Allow connections from kubectl to API"
  precedence  = 10000
  action      = "off"
  enabled     = true
  filters     = ["http"]
  traffic     = format("any(http.conn.dst_ip[*] in $%s)", replace(cloudflare_teams_list.k8s_apiserver_ips.id, "-", ""))
}

由于我们在客户端和 API 服务器之间使用了双向 TLS,而 kubectl 和 API 服务器之间的流量并不都是 HTTP,所以我们对这些连接禁用了 HTTP 检查。

您还可以搭配其他 Zero Trust 规则,例如设备证明会话生存期以及用户和组访问策略,进一步定制您的安全策略。

部署隧道

创建并配置隧道后,您便可以将端点部署到网络中。我们选择将隧道部署为 pod,这样便可使用 Kubernetes 的部署策略来推出升级,处理节点故障。

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: tunnel-zt
  namespace: example
  labels:
    tunnel: api-zt
data:
  config.yaml: |
    tunnel: 8e343b13-a087-48ea-825f-9783931ff2a5
    credentials-file: /opt/zt/creds/creds.json
    metrics: 0.0.0.0:8081
    warp-routing:
        enabled: true

这将创建一个具有基本配置的 Kubernetes ConfigMap,为指定的隧道 ID 启用 WARP 路由。您可从配置管理系统、Cloudflare Zero Trust 仪表板,或在登录同一账户的另一设备上运行以下命令,获得该隧道 ID。

cloudflared tunnel list

接下来,我们需要为隧道凭证创建密钥。虽然您应该使用密钥管理系统,但为简单起见,我们现在直接创建一个密钥。

jq -cn --arg accountTag $CF_ACCOUNT_TAG \
       --arg tunnelID $CF_TUNNEL_ID \
       --arg tunnelName $CF_TUNNEL_NAME \
       --arg tunnelSecret $CF_TUNNEL_SECRET \
   '{AccountTag: $accountTag, TunnelID: $tunnelID, TunnelName: $tunnelName, TunnelSecret: $tunnelSecret}' | \
kubectl create secret generic -n example tunnel-creds --from-file=creds.json=/dev/stdin

这就在“示例”命名空间中创建了一个新的密钥“tunnel-creds”,其中包含隧道要求的凭证文件。

现在我们可以部署隧道本身了。我们部署了多个副本,以确保有些副本即使在节点耗尽时也始终可用。

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  labels:
    tunnel: api-zt
  name: tunnel-api-zt
  namespace: example
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      tunnel: api-zt
  strategy:
    rollingUpdate:
      maxSurge: 0
      maxUnavailable: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        tunnel: api-zt
    spec:
      containers:
        - args:
            - tunnel
            - --config
            - /opt/zt/config/config.yaml
            - run
          env:
            - name: GOMAXPROCS
              value: "2"
            - name: TZ
              value: UTC
          image: cloudflare/cloudflared:2022.5.3
          livenessProbe:
            failureThreshold: 1
            httpGet:
              path: /ready
              port: 8081
            initialDelaySeconds: 10
            periodSeconds: 10
          name: tunnel
          ports:
            - containerPort: 8081
              name: http-metrics
          resources:
            limits:
              cpu: "1"
              memory: 100Mi
          volumeMounts:
            - mountPath: /opt/zt/config
              name: config
              readOnly: true
            - mountPath: /opt/zt/creds
              name: creds
              readOnly: true
      volumes:
        - secret:
            name: tunnel-creds
          name: creds
        - configMap:
            name: tunnel-api-zt
          name: config

使用 Cloudflare Zero Trust 支持 Kubectl

Screenshot of the Cloudflare WARP app showing it connected to Teams

部署 Cloudflare Zero Trust 代理后,您的团队成员就可以访问 Kubernetes API 了,无需设置任何特殊的 SOCKS 隧道

kubectl version --short
Client Version: v1.24.1
Server Version: v1.24.1

下一步是什么?

如果您尝试了该方法,请向我们发送反馈意见。我们正在继续改进非 HTTP 工作流程的 Zero Trust。

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