Kubernetes策略引擎Kyverno使用

Kubernetes 策略引擎 Kyverno 使用

作者：阳明 2023-04-12 07:31:55

云计算

云原生

开源 Kyverno 的高可用安装可以通过运行多个副本来完成，并且 Kyverno 的每个副本将具有多个执行不同功能的控制器。Webhook 处理来自 Kubernetes APIServer 的 AdmissionReview 请求，其 Monitor 组件创建和管理所需的配置。

Kyverno 是来自 Nirmata 的开源项目，后来捐赠给了 CNCF。Kyverno 是一个具有验证和变异能力的 Kubernetes 策略引擎，但是它还有生成资源的功能，还加入了 API 对象查询的能力。Kyverno 原本就是为 Kubernetes 编写的，除了对象生成功能之外，还无需专用语言即可编写策略。

同样 Kyverno 在 Kubernetes 集群中也是作为动态准入控制器运行的。Kyverno 从 kube-apiserver 接收验证和修改准入 webhook HTTP 回调，并应用匹配策略返回执行准入策略或拒绝请求的结果。Kyverno 策略可以使用资源 Kind、name 和标签选择器匹配资源，而且名称中支持通配符。

策略执行是通过 Kubernetes events 来捕获的，Kyverno 还报告现有资源的策略违规行为。下图显示了 Kyverno 的整体架构：

Kyverno架构

Kyverno 的高可用安装可以通过运行多个副本来完成，并且 Kyverno 的每个副本将具有多个执行不同功能的控制器。Webhook 处理来自 Kubernetes APIServer 的 AdmissionReview 请求，其 Monitor 组件创建和管理所需的配置。PolicyController watch 策略资源并根据配置的扫描间隔启动后台扫描，GenerateController 管理生成资源的生命周期。

安装

首先需要保证你的 Kubernetes 集群版本必须高于 v1.14，要安装的版本也和 Kubernetes 版本有关系。

兼容版本

我们这里已经是 v1.26.x 版本了，所以选择安装最新的 1.9.2 版本即可。

你可以选择直接从最新版本的资源清单安装 Kyverno，直接执行下面的命令即可：

 kubectl create -f https://github.com/kyverno/kyverno/releases/download/v1.9.2/install.yaml

此外同样可以使用 Helm 来进行一键安装：

 helm repo add kyverno https://kyverno.github.io/kyverno/
 helm repo update
# Install the Kyverno Helm chart into a new namespace called "kube-kyverno"
 helm upgrade --install kyverno kyverno/kyverno -n kube-kyverno --create-namespace
Release "kyverno" does not exist. Installing it now.
NAME: kyverno
LAST DEPLOYED: Tue Apr 11 15:51:30 2023
NAMESPACE: kube-kyverno
STATUS: deployed
REVISION: 1
NOTES:
Chart version: 2.7.2
Kyverno version: v1.9.2

Thank you for installing kyverno! Your release is named kyverno.
️  WARNING: Setting replicas count below 3 means Kyverno is not running in high availability mode.

 Note: There is a trade-off when deciding which approach to take regarding Namespace exclusions. Please see the documentation at https://kyverno.io/docs/installation/#security-vs-operability to understand the risks.

安装完成会创建一个 kube-kyverno 命名空间，同样也包含一些相关的 CRD：

 kubectl get pods -n kube-kyverno
NAME                                          READY   STATUS    RESTARTS   AGE
kyverno-8657b8cfcf-mgtsr                      1/1     Running   0          2m25s
kyverno-cleanup-controller-5c964d77dc-5s5zp   1/1     Running   0          2m25s
 kubectl get validatingwebhookconfiguration
NAME                                              WEBHOOKS   AGE
kyverno-cleanup-validating-webhook-cfg            1          44m
kyverno-exception-validating-webhook-cfg          1          16m
kyverno-policy-validating-webhook-cfg             1          16m
kyverno-resource-validating-webhook-cfg           0          16m
 kubectl get mutatingwebhookconfigurations
NAME                                            WEBHOOKS   AGE
kyverno-policy-mutating-webhook-cfg             1          17m
kyverno-resource-mutating-webhook-cfg           0          17m
kyverno-verify-mutating-webhook-cfg             1          17m
 kubectl get crd |grep kyverno
admissionreports.kyverno.io                2023-04-11T07:51:33Z
backgroundscanreports.kyverno.io           2023-04-11T07:51:33Z
cleanuppolicies.kyverno.io                 2023-04-11T07:51:33Z
clusteradmissionreports.kyverno.io         2023-04-11T07:51:33Z
clusterbackgroundscanreports.kyverno.io    2023-04-11T07:51:33Z
clustercleanuppolicies.kyverno.io          2023-04-11T07:51:33Z
clusterpolicies.kyverno.io                 2023-04-11T07:51:34Z
generaterequests.kyverno.io                2023-04-11T07:51:33Z
policies.kyverno.io                        2023-04-11T07:51:34Z
policyexceptions.kyverno.io                2023-04-11T07:51:33Z
updaterequests.kyverno.io                  2023-04-11T07:51:33Z

可以看出安装完成后创建了几个 validatingwebhookconfiguration 与 mutatingwebhookconfigurations 对象。

策略与规则

使用 Kyverno 其实就是对策略和规则的应用，Kyverno 策略是规则的集合，每个规则都包含一个 match 声明、一个可选的 exclude 声明以及 validate、mutate、generate 或 verifyImages 声明之一组成，每个规则只能包含一个 validate、mutate、generate 或 verifyImages 子声明。

Kyverno策略

策略可以定义为集群范围的资源（ClusterPolicy）或命名空间级别资源（Policy）。

  • Policy 将仅适用于定义它们的 namespace 内的资源。
  • ClusterPolicy 应用于匹配跨所有 namespace 的资源。

策略定义

编写策略其实就是定义 Policy 或者 ClusterPolicy 对象。

验证资源

验证规则基本上是我们使用最常见和最实用的规则类型，当用户或进程创建新资源时，Kyverno 将根据验证规则检查该资源的属性，如果验证通过，则允许创建资源。如果验证失败，则创建被阻止。比如现在我们添加一个策略，要求所有的 pod 都包含一个 kyverno 的标签：

# kyverno-require-label.yaml
apiVersion: kyverno.io/v1
kind: ClusterPolicy
metadata:
  name: require-label-policy
spec:
  validationFailureAction: Enforce
  rules:
    - name: check-for-labels
      match:
        resources:
          kinds:
            - Pod
      validate:
        message: "label 'kyverno' is required"
        pattern:
          metadata:
            labels:
              kyverno: "?*"

上面策略文件中添加了一个 validatinotallow=[Audit, Enforce] 属性：

  • 当处于 Audit 模式下，每当创建违反规则集的一个或多个规则的资源时，会允许 admission review 请求，并将结果添加到报告中。
  • 当处于 Enforce 模式下，资源在创建时立即被阻止，报告中不会有。

然后就是下面使用 rules 属性定义的规则集合，match 用于表示匹配的资源资源，validate 表示验证方式，这里我们定义 kyverno: "?*" 这样的标签表示必须有这样的一个标签 key。

直接应用上面的策略对象即可：

 kubectl apply -f kyverno-require-label.yaml
clusterpolicy.kyverno.io/require-label-policy created
 kubectl get clusterpolicy
NAME                   BACKGROUND   VALIDATE ACTION   READY   AGE
require-label-policy   true         Enforce           true    4m23s

现在我们添加一个不带标签 kyverno 的 Pod：

 kubectl run busybox --image=busybox:1.28.3  --restart=Never -- sleep 1000000
Error from server: admission webhook "validate.kyverno.svc-fail" denied the request:

policy Pod/default/busybox for resource violation:

require-label-policy:
  check-for-labels: 'validation error: label ''kyverno'' is required. rule check-for-labels
    failed at path /metadata/labels/kyverno/'

可以看到提示，需要一个 kyverno 标签，同样我们也可以通过查看 Events 事件来了解策略应用情况：

 kubectl get events -A -w
......
for-labels fail: validation error: label 'kyverno' is required. rule autogen-check-for-labels failed at path /spec/template/metadata/labels/kyverno/
qdrant-system    51s         Warning   PolicyViolation     pod/qdrant-0                                             policy require-label-policy/check-for-labels fail: validation error: label 'kyverno' is required. rule check-for-labels failed at path /metadata/labels/kyverno/
qdrant-system    50s         Warning   PolicyViolation     statefulset/qdrant                                       policy require-label-policy/autogen-check-for-labels fail: validation error: label 'kyverno' is required. rule autogen-check-for-labels failed at path /spec/template/metadata/labels/kyverno/

如果创建的 Pod 带有 kyverno 标签则可以正常创建：

 kubectl run busybox --image=busybox:1.28.3 --labels kyverno=demo --restart=Never -- sleep 1000000
pod/busybox created

如果将 validationFailureAction 的值更改为 Audit，则即使我们创建的 Pod 不带有 kyverno 标签，也可以创建成功，但是我们可以在 PolicyReport 对象中看到对应的违规报告：

 kubectl get policyreports
NAME                        PASS   FAIL   WARN   ERROR   SKIP   AGE
cpol-require-label-policy   0      1      0      0       0      4m42s
 kubectl describe policyreports |grep "Result: \+fail" -B10
  UID:               def28081-aa68-4e96-bb43-fdc73274df00
Results:
  Message:  validation error: label 'kyverno' is required. rule check-for-labels failed at path /metadata/labels/kyverno/
  Policy:   require-label-policy
  Resources:
    API Version:  v1
    Kind:         Pod
    Name:         busybox
    Namespace:    default
    UID:          9667e83d-62a3-4844-b5d7-da127e9cee2c
  Result:         fail

从上面的报告资源中可以看到违反策略的资源对象。

变更规则

变更规则可以用于修改匹配到规则的资源（比如规则设置了 metadata 字段可以和资源的 metadata 进行合并），就是根据我们设置的规则来修改对应的资源。

比如现在我们添加如下所示一个策略，给所有包含 nginx 镜像的 pod 都加上一个标签（kyverno=nginx）：

# kyverno-mutate-label.yaml
apiVersion: kyverno.io/v1
kind: ClusterPolicy
metadata:
  name: nginx-label-policy
spec:
  rules:
    - name: nginx-label
      match:
        resources:
          kinds:
            - Pod
      mutate:
        patchStrategicMerge:
          metadata:
            labels:
              kyverno: nginx
          spec:
            (containers):
              - (image): "*nginx*" # 容器镜像包含 nginx 即可

直接应用上面这个策略对象即可：

 kubectl apply -f kyverno-mutate-label.yaml
clusterpolicy.kyverno.io/nginx-label-policy created
 kubectl get clusterpolicy
NAME                 BACKGROUND   VALIDATE ACTION   READY   AGE
nginx-label-policy   true         Audit             true    6s

现在我们使用 nginx 镜像直接创建一个 Pod：

 kubectl run --image=nginx:1.7.9 nginx
pod/nginx created
 kubectl get pod nginx --show-labels
NAME    READY   STATUS    RESTARTS   AGE   LABELS
nginx   1/1     Running   0          11s   kyverno=nginx,run=nginx

可以看到 Pod 创建成功后包含了一个 kyverno=nginx 标签，由于有 kyverno 标签，所以上面的验证策略也是通过的，可以正常创建。

生成资源

生成规则可用于在创建新资源或更新源时创建其他资源，例如为命名空间创建新 RoleBindings 或 Secret 等。

比如现在我们一个需求是将某个 Secret 同步到其他命名空间中去（比如 TLS 密钥、镜像仓库认证信息），手动复制这些 Secret 比较麻烦，则我们可以使用 Kyverno 来创建一个策略帮助我们同步这些 Secret。比如在 default 命名空间中有一个名为 regcred 的 Secret 对象，需要复制到另外的命名空间，如果源 Secret 发生更改，它还将向复制的 Secret 同步更新。

# kyverno-generate-secret.yaml
apiVersion: kyverno.io/v1
kind: ClusterPolicy
metadata:
  name: sync-secrets-policy
spec:
  rules:
    - name: sync-image-pull-secret
      match:
        resources:
          kinds:
            - Namespace
      generate: # 生成的资源对象
        kind: Secret
        name: regcred
        namespace: "{{request.object.metadata.name}}" # 获取目标命名空间
        synchronize: true
        clone:
          namespace: default
          name: regcred

先在 default 命名空间中准备我们的 Secret 对象：

 kubectl create secret docker-registry regcred --docker-server=DOCKER_REGISTRY_SERVER --docker-username=DOCKER_USER --docker-password=DOCKER_PASSWORD --docker-email=DOCKER_EMAIL
secret/regcred created

然后应用上面的同步 Secret 策略：

 kubectl apply -f kyverno-generate-secret.yaml
clusterpolicy.kyverno.io/sync-secrets-policy created
 kubectl get clusterpolicy
NAME            BACKGROUND   ACTION    READY
sync-secrets-policy   true         Audit             true    9s

现在我们创建一个新的命名空间：

 kubectl create ns test
namespace/test created
 kubectl get secret -n test
NAME      TYPE                             DATA   AGE
regcred   kubernetes.io/dockerconfigjson   1      6s

可以看到在新建的命名空间中多了一个 regcred 的 Secret 对象。

更多的 Kyverno 策略可以直接查看官方网站：https://kyverno.io/policies，可以在该网站上面根据策略类型、分类、主题等进行筛选。Kyverno 在灵活、强大和易用之间取得了一个很好的平衡，不需要太多学习时间，就能够提供相当方便的功能，官网提供了大量的针对各种场景的样例，非常值得使用。

比如我们可以创建一个如下所示的策略限制 NGINX Ingress 的路径值（CVE-2021-25745 安全问题，在 NGINX Ingress v1.2.0 中修复）：

apiVersion: kyverno.io/v1
kind: ClusterPolicy
metadata:
  name: restrict-ingress-paths
  annotations:
    policies.kyverno.io/title: Restrict NGINX Ingress path values
    policies.kyverno.io/category: Security, NGINX Ingress
    policies.kyverno.io/severity: high
    policies.kyverno.io/subject: Ingress
    policies.kyverno.io/minversion: "1.6.0"
    kyverno.io/kyverno-version: "1.6.0"
    kyverno.io/kubernetes-version: "1.23"
    policies.kyverno.io/description: >-
      This policy mitigates CVE-2021-25745 by restricting `spec.rules[].http.paths[].path` to safe values.
      Additional paths can be added as required. This issue has been fixed in NGINX Ingress v1.2.0. 
      Please refer to the CVE for details.
spec:
  validationFailureAction: enforce
  rules:
    - name: check-paths
      match:
        any:
          - resources:
              kinds:
                - networking.k8s.io/v1/Ingress
      validate:
        message: "spec.rules[].http.paths[].path value is not allowed"
        deny:
          conditions:
            any:
              - key: "{{ request.object.spec.rules[].http.paths[].path.contains(@,'/etc') }}"
                operator: AnyIn
                value: [true]
              - key: "{{ request.object.spec.rules[].http.paths[].path.contains(@,'/var/run/secrets') }}"
                operator: AnyIn
                value: [true]
              - key: "{{ request.object.spec.rules[].http.paths[].path.contains(@,'/root') }}"
                operator: AnyIn
                value: [true]
              - key: "{{ request.object.spec.rules[].http.paths[].path.contains(@,'/var/run/kubernetes/serviceaccount') }}"
                operator: AnyIn
                value: [true]
              - key: "{{ request.object.spec.rules[].http.paths[].path.contains(@,'/etc/kubernetes/admin.conf') }}"
                operator: AnyIn
                value: [true]

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