docker容器实战：容器安全性分析

作者：运维老兵Alex 2022-07-18 11:13:07

云计算

云原生 本文将围绕容器安全的主旨进行介绍，读者在阅读后对于相关方面的应用能有更多理解。

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容器是基于操作系统实现的虚拟化，相比于传统的物理主机和虚拟机，在安全上会面临更多的风险。对于容器的使用者而言，学习并了解容器的安全相关知识是一项重要的工作。

本文将围绕容器安全的主旨进行介绍，读者在阅读后对于相关方面的应用能有更多理解。

一. 容器的安全威胁

在容器的应用中，最大的安全隐患来自于其与主机共享内核的模式，这是容器能实现轻量化的原因，但也让其受攻击的范围变得更大。

要理解这一点并不难，我们可以将容器与虚拟机来做个对比。

在虚拟机环境，每台虚拟机都包含了一个独立的操作系统，可以单独地完成绝大部分事务处理，而只需要与宿主机之间保留非常少的交互接口即可。这使得它们之间的攻击面变得非常小，如果黑客要透过虚拟机来攻击到宿主机，需要先找到Hypervisor层的漏洞并进行攻破才有可能实现。虚拟机具有良好的隔离性，不止能更好防护攻击，也保证了不会因为虚拟机的崩溃而影响到宿主机。

而在容器的环境中，由于容器只封装应用和依赖，这使得其必须使用主机的内核来进行运作。因此，只要获取到容器的权限即可实现对内核的访问，包括攻击。如果容器中的应用导致内核崩溃，那么整个主机系统也会跟着一起崩塌。

在了解完容器的弱点之后，我们再来看下容器在使用中会面临哪些安全威胁：

1、镜像污染

目前，Docker Hub上面有着数量众多的第三方上传镜像，这些镜像质量参差不齐。在这其中，不排除有黑客故意上传包含了恶意程序的镜像，并伪装成业务镜像供用户下载使用。当用户误用此类镜像启动容器时，无疑会导致容器被入侵。因此，用户必须保证容器所使用的镜像是可受信任的，尽可能不使用非信任的第三方镜像。

2、网络攻击 

Docker默认使用bridge网络，该网络会创建一个虚拟网桥，连接在同一个网桥之间的容器可以互相访问。当某个容器被入侵时，黑客有可能顺着网络访问到宿主机中的其他容器。同时 ，攻击者也可以通过DDos等方式，攻击容器的服务来耗尽主机的资源，从而引起整个宿主机的崩溃。

3、内核攻击

当黑客获取到容器权限时，由于共享内核的缘故，理论上可通过对内核的攻击来达到控制或影响主机的地步 。例如，Linux内核3.16以前的版本存在一个内存溢出漏洞CVE-2014-7822，由于splice系统调用在两个文件间拷贝数据时未检查拷贝大小，可溢出覆写内核数据。因此，本地未授权用户可利用此漏洞越界写内存，导致系统崩溃。

4、操作不当

用户在配置容器时，由于某些错误操作可能会将主机置于危险的境地。如：在启动容器时将主机的根目录映射到容器中，那么理论上容器就可以对主机的文件系统进行任意修改，造成极大的安全风险。

$ docker run -d -v /:/host nginx

又或者在启用容器时使用特权模式(--privileged)，此时Docker容器被允许可以访问主机上的所有设备，并可以获取大量设备文件的访问权限。

$ docker run -d --privileged nginx

5、针对Docker  Daemon的攻击

Docker使用的是C/S架构，作为服务端的Docker Daemon会接收客户端通过CLI或者REST API发送的命令，并执行对容器的相应操作。但请求不一定都是由可信任的用户发起的，攻击者可能通过伪造请求的方式，来达到欺骗Daemon端执行危险的操作。

6、Docker漏洞攻击

Docker本身属于应用程序，不可避免地会有出现代码的漏洞，这可能导致程序受到攻击。

例如：在2019年时，Docker被爆出来一个逃逸漏洞CVE-2019-5736。该漏洞导致攻击者可以通过特定的容器镜像或者exec操作获取到宿主机runc执行文件时的文件句柄，并修改掉runc的二进制文件，最终获取到宿主机的root执行权限。

二、 Docker的安全防护

针对容器在安全方面存在的威胁，Docker社区也使用了不少安全措施来进行应对，以便能够让用户更安全地使用容器。

下面是Docke在安全上的主要防护策略：

1、 Namespace

Namespace即命名空间，也被称为名称空间，这是Linux提供的一种内核级别的环境隔离功能，它的主要用途是对容器提供资源的访问隔离。Docker充分利用了Namespace的技术，使其达到尽可能地隔离容器之间以及对宿主机的影响。

目前Namespace支持多种资源的隔离，包括文件系统挂载 、主机名和域名、进程间通信 、进程访问、网络隔离、用户和组隔离等。

2、Cgroup

Cgroup全称为Control Group( 控制组），它也是Docker容器的重要特性。如果说Namespace是用于隔离，那么Cgroup则是限制容器对于资源的占用，如CPU、内存、磁盘/IO等。这个特性非常有用，它避免了某个容器因为被Ddos攻击或者自身程序的问题导致对资源的不断占用，并最终影响到宿主机及上面运行的其他容器，出现“雪崩”的灾难 。

3、Capability

Capability是Linux内核具有的一个强大特性，可以提供颗粒化的权限访问控制。默认情况下，Docker启动的容器对能力有严格限制，只允许使用内核的一部分能力，包括chown、net_bind_service、fowner、kill、setgid等。

事实上，在大部分情况下程序并不需要真正的root权限，容器只需要具备少数的能力即可。对于能力的颗粒化划分，能保证即使容器被入侵后，也无法获取本地的较高权限，可以进行的破坏有限。

另外，用户可以通过--cap-add和--cap-drop这两个参数来修改能力。如下面的例子，我们将容器的chown 能力去掉后，在容器里就无法改变文件的所有者了。

$ docker run -it  --cap-drop=chown centos                
[root@65a55b893d3b /]# touch /root/1.txt
[root@65a55b893d3b /]# ls -l /root/1.txt 
-rw-r--r--. 1 root root 0 Jul  3 11:33 /root/1.txt
[root@65a55b893d3b /]# chown daemon /root/1.txt 
chown: changing ownership of '/root/1.txt': Operation not permitted

4、Docker Daemon安全防护

Docker社区希望实现由非root权限来启动Docker Daemon，这对于Docker的安全性是一种较大的强化。但要解决这个问题面临着不小的困难，因为创建容器需要执行很多特权操作，如挂载文件系统、配置网络等。在19.03版本中Rootless模式作为实验性功能推出，并在20.10版本中毕业。该功能对于使用会有较多限制，如不支持overlay网络，AppArmor特性等。同时该模式对内核版本要求高，如果要使用默认的overlay2 存储驱动，需要至少5.11的内核版本。

同时，为了加强对服务端的保护，Docker的REST API（客户端用来与服务端通信的接口）在0.5.2之后，由原先绑定在127.0.0.1上的TCP套接字改为使用本地Unix套接字机制代替，因为前者更容易受到跨站请求伪造攻击。

$ netstat -lnpx
Active UNIX domain sockets (only servers)
Proto RefCnt Flags       Type       State         I-Node   PID/Program name     Path
unix  G2      [ ACC ]     STREAM     LISTENING     644610   1/systemd            /var/run/docker.sock
......

 5、其他安全机制

除了上面介绍的安全机制外，Docker还支持结合现有的安全软件或机制来增强自身的安全性，例如：AppArmor、SELinux、Seccomp等。

AppArmor和SElinux属于MAC (Mandatory Access Control）系统，AppArmor主要内置在Ubuntu、Debian等操作系统，而SELinux则预装在Redhat、Centos中。MAC系统可以通过定制化的安全策略来控制进程对于资源的访问。目前，在支持SElinux的系统上，Docker的SElinux使用不是默认打开 的，需要在启动Docker daemon时加上--selinux-enabled=true参数。而在支持AppArmor的系统上，对于Docker的安全防护功能是默认打开的。

Seccomp（secure computing mode)是一种Linux内核提供的安全特性，它可以用来限制容器的可执行操作。Seccomp以白名单或黑名单的方式限制进程进行系统调用，通过禁止进程调用不必要的系统功能来减少内核暴露的接口数量，从而降低内核的攻击面。Docker在启动容器时默认会启用Seccomp保护，可通过下面命令进行确认。默认的白名单规则仅保留了Linux中比较常见并且安全的系统调用，具有适度的安全性。

$ grep CONFIG_SECCOMP= /boot/config-$(uname -r)
CONFIG_SECCOMP=y

有关更多安全相关的内容，读者可自行查看Docker官网，在此不过多列举。

总结：

虽然容器面临着不少安全威胁，但用户并不需要为此过多担忧。就如本文所述，Docker在安全方面已经有着非常多的应对措施，可以很好地保证容器的安全性和可靠性。

目前，Docker作为生产环境的容器化产品，已在各大企业中被广泛使用。

分享名称：Docker容器实战：容器安全性分析
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