容器與容器雲——docker安全（TLS加密通訊）

docker 容器與虛擬機的區別

• 隔離與共享
  虛擬機通過添加 Hypervisor 層，虛擬出網卡、內存、CPU等虛擬硬件，再在其上建立虛擬機，每個虛擬機都有自己的系統內核。
  而 Docker 容器則是通過隔離的方式，將文件系統、進程、設備、網絡等資源進行隔離，再對權限、CPU資源等進行控制，最終讓容器之間相互不影響，容器無法影響宿主機。容器與宿主機共享內核、文件系統、硬件等資源

• 性能與損耗
  與虛擬機相比，容器資源消耗要少。同樣的宿主機下，能夠建立容器的數量要比虛擬機多。但是虛擬機的安全性要比容器稍好，要從虛擬機攻破到宿主機或其他虛擬機，需要先攻破 Hypervisor 層，這是及其困難的。而 docker 容器與宿主機共享內核、文件系統等資源，更有可能對其他容器、宿主機產生影響。

Docker 存在的安全問題

• Docker 自身漏洞
  作爲一款應用 Docker 本身實現上會有代碼缺陷。CVE官方記錄 Docker 歷史版本共有超過20項漏洞。
  黑客常用的攻擊手段主要有代碼執行、權限提升、信息泄露、權限繞過等。目前 Docker版本更迭非常快，Docker 用戶最好將 Docker 升級爲最新版本。

• Docker 源碼問題
  Docker 提供了 Docker hub，可以讓用戶上傳創建的鏡像，以便其他用戶下載，快速搭建環境。但同時也帶來了一些安全問題。例如下面三種方式

  • 黑客上傳惡意鏡像
    如果有黑客在製作的鏡像中植入木馬、後門等惡意軟件，那麼環境從一開始就已經不安全了，後續更沒有什麼安全可言。
  • 鏡像使用在有漏洞的軟件
    Docker hub 上能下載的鏡像裏面，75%的鏡像都安裝了有漏洞的軟件。所以下載鏡像後，需要檢查裏面軟件的版本信息，對應的版本是否存在漏洞，並及時更新打上補丁。
  • 中間人攻擊篡改鏡像
    鏡像在傳輸過程中可能被篡改，目前現版本的 Docker 已經提供了相應的校驗機制類預防這個問題。

Docker 架構缺陷與安全機制

Docker 本身的架構與機制就可能產生問題，例如這樣一種攻擊場景，黑客已經控制了宿主機上的一些容器，或者獲得了通過在公有云上建立容器的方式，然後對宿主機或其他容器發動攻擊。

• 容器之間的局域網攻擊
  主機上的容器之間可以構成局域網，因此對局域網的 ARP 欺騙、嗅探、廣播風暴等攻擊方式便可以用上。
  所以，在一個主機上部署多個容器需要合理的配置網絡，設置 iptable 規則。

• DDoS 攻擊耗盡資源
  Cgroups 安全機制就是要防止此類攻擊的，不要爲單一的容器分配過多的資源，即可避免此類問題

• 有漏洞的系統調用
  Docker 與虛擬機的一個重要的區別就是 Docker 與宿主機共用一個操作系統內核。
  一旦宿主內核存在可以越權或者提權漏洞，儘管 Docker 使用普通用戶執行，在容器被入侵時，攻擊者還可以利用內核漏洞跳到宿主機做更多的事情。

• 共享 root 用戶權限
  如果以 root 用戶權限運行容器，容器內的 root 用戶也就擁有了宿主機 root 權限

Docker 安全基線標準

下面從內核、主機、網絡、鏡像、容器以及其他等6個方面總結 Docker 安全基線標準

• 內核

  • 及時更新內核
  • User NameSpace （容器內的 root 權限在容器之外處於非高權限狀態）
  • Cgroups（對資源的配額和度量）
  • SELiux/AppArmor/GRSEC（控制文件訪問權限）
  • Capability（權限劃分）
  • Seccomp（限定系統調用）
  • 禁止將容器的命名空間與宿主機進行命名空間共享

• 主機級別

  • 爲容器創建獨立分區
  • 僅運行必要的服務
  • 禁止將宿主機上敏感目錄映射到容器
  • 對 Docker 守護進程、相關文件和目錄進行審計
  • 設置適當的默認文件描述符數
    文件描述符：內核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）來訪問文件。文件描述符是非負整數。打開現存文件或新建文件時，內核會返回一個文件描述符。讀寫文件也需要使用文件描述符來指定待讀寫的文件
  • 用戶權限爲 root 的 Docker 相關文件的訪問權限應該爲664或者更低權限
  • 週期性檢查每個主機的容器清單，並清理不必要的容器。

• 網絡級別

  • 通過 iptables 設置規則實現禁止或允許容器之間網絡流量
  • 允許 Docker 修改 iptables
  • 禁止將 Docker 綁定到其他 IP/Port 或者 Unix Socket
  • 禁止在容器上映射特權端口
  • 容器上只開放所需要的厑
  • 禁止在容器上使用主機網絡模式
  • 若宿主機有多個網卡， 將容器進入流量綁定到特定的主機網卡上

• 鏡像級別

  • 創建本地鏡像倉庫服務器
  • 鏡像中軟件都爲最新版本
  • 使用可信鏡像文件，並通過安全通道下載
  • 重新構建鏡像而非對容器和鏡像打補丁
  • 合理管理鏡像標籤，及時移除不再使用的鏡像
  • 使用鏡像掃描
  • 使用鏡像簽名

• 容器級別

  • 容器最小化，操作系統鏡像最下集
  • 容器以單一主進程的方式運行
  • 禁止 privileged 標記使用特權容器
  • 禁止在容器上運行 ssh 服務
  • 以只讀的方式掛載容器的根目錄系統
  • 明確定義屬於容器的數據盤符
  • 通過設置 on-failure 限制容器嘗試重啓的次數，容器反覆重啓容易丟數據
  • 限制在容器中可用的進程樹，以防止 fork bomb （fork 炸彈，迅速增長子進程，耗盡系統進程數量）

• 其他設置

  • 定期對宿主機系統及容器進行安全審計
  • 使用最少資源和最低權限運行容器
  • 避免在同一個宿主機上部署大量容器，維持在一個能夠管理的數量
  • 監控 Docker 容器的使用，性能以及其他各項指標
  • 增加實時危險檢測和事件響應功能
  • 使用中心和遠程日誌收集服務

容器最小化

如果僅在容器中運行必要的服務，想 SSH 等服務是不能輕易開啓去連接容器的，通過使用以下方式來進入容器

docker exec -it 容器ID bash

Docker remote api 訪問控制
Docker 的遠程調用 API 接口存在未授權訪問漏洞，至少應該限制外網訪問。建議使用 Socket 方式訪問，監聽內網ip，docker daemon 啓動方式如下

docker -d -H uninx:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.15.132:2375

或者

vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/docked -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.15.132:2375
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker

然後，在宿主機的 firewalld 上做IP訪問控制即可。（source address是客戶端地址）

iptables -L
iptables -F

Docker-TLS加密通訊

爲了防止鏈路劫持、會話劫持等問題導致 Docker 通信時被中間人攻擊，C/S 兩端應該通過加密方式通訊

mkdir /tls
cd /tls

hostnamectl set-hostname master

#hosts映射
vim /etc/hosts
127.0.0.1    master

#創建ca密鑰
openssl genrsa -aes256 -out ca-key.pem 4096

#創建ca證書
openssl req -new -x509 -days 1000 -key ca-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out ca.pem

#創建服務器私鑰
openssl genrsa -out server-key.pem 4096

#簽名私鑰
openssl req -subj "/CN=*" -sha256 -new -key server-key.pem -out server.csr

#使用ca整數與私鑰證書籤名，輸入123123
openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in server.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem

#生成客戶端密鑰
openssl genrsa -out key.pem 4096

#簽名客戶端
openssl req -subj "/CN=client" -new -key key.pem -out client.csr

#創建配置文件
echo extendedKeyUsage=clientAuth > extfile.cnf

#簽名證書，輸入123123，需要（簽名客戶端，ca整數，密鑰）
openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in client.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out cert.pem -extfile extfile.cnf

#刪除多餘文件
rm -rf ca.srl client.csr extfile.cnf server.csr
ls
ca-key.pem  ca.pem  cert.pem  key.pem  server-cert.pem  server-key.pem

#配置docker
vim /lib/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/dockerd --tlsverify --tlscacert=/tls/ca.pem --tlscert=/tls/server-cert.pem --tlskey=/tls/server-key.pem -H tcp://0.0.0.0:2376 -H unix:///var/run/docker.sock

##重啓進程
systemctl daemon-reload

##重啓docker服務
systemctl restart docker

##檢查對外2376端口是否開啓
netstat -natp | grep docker
tcp6       0      0 :::2376                 :::*                    LISTEN      6952/dockerd 

##將/tls/ca.pem /tls/cert.pem /tls/key.pem 三個文件推送到另一臺主機
[root@master tls]# scp ca.pem [email protected]:/etc/docker/
[email protected]'s password: 
ca.pem                                                                        100% 1765   800.2KB/s   00:00    
[root@master tls]# scp cert.pem [email protected]:/etc/docker/
[email protected]'s password: 
cert.pem                                                                      100% 1696     2.1MB/s   00:00    
[root@master tls]# scp key.pem [email protected]:/etc/docker/
[email protected]'s password: 
key.pem                                                                       100% 3243   818.0KB/s   00:00