Kubernetes ist eine Open-Source-Plattform zur Container-Orchestrierung, die der Skalierung und Automatisierung von Container-Bereitstellungen dient. Sie wurde ursprünglich entwickelt, um containerisierte Workloads in Produktionsumgebungen zu verwalten und Benutzern dabei zu helfen, Grenzen für Anwendungsressourcen zu definieren. Virtualisierung ist eine Methode der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur, die eine angemessene Nutzung der Ressourcen auf physischen Servern ermöglicht und die Stabilität verbessert. Kubernetes verbessert die Hardware-Leistung und senkt die Betriebskosten durch Virtualisierung. Jede virtuelle Maschine läuft mit einem eigenen Satz von Komponenten und verfügt über bestimmte Betriebssysteme.
Kubernetes-Sicherheitsarchitektur-Bereitstellungen sind agil, fördern die kontinuierliche Entwicklung und Integration und erhöhen die Zuverlässigkeit bei der Erstellung und Bereitstellung von Container-Images. Die Plattform erleichtert die Unveränderlichkeit von Images, überwacht den Zustand und die Leistung von Anwendungen und optimiert die Portabilität der Betriebssystemverteilung. Ein Nachteil der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur ist jedoch, dass sie standardmäßig sicherer sein muss. Bei der Ausführung verteilter Systeme kann es zu Betriebsausfällen oder Verzögerungen kommen, und es gibt Sicherheitsprobleme bei der Lastverteilung, der Konfigurationsverwaltung und der automatisierten Einführung.
Die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur bietet Flexibilität und Beobachtbarkeit, schränkt jedoch Anwendungen nicht ein und schreibt keine Protokollierung, Überwachung und Kontrolle vor. Böswillige Akteure können Schwachstellen ausnutzen, und Risiken in der Lieferkette können während des gesamten Container-Erstellungszyklus zu Problemen führen. Mehrere Komponenten der Kubernetes-Architektur müssen gesichert werden, darunter Worker-Knoten, containerisierte Anwendungen und Steuerungsebenen. Die Wahrscheinlichkeit von Insider-Bedrohungen ist ebenfalls hoch, und Kubernetes-Administratoren mit böswilligen Absichten können Sonderrechte missbrauchen, sensible Informationen weitergeben oder Datenverstöße verursachen.
Dieser Leitfaden beschreibt die wichtigsten Herausforderungen der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur. Er behandelt die Einrichtung und Sicherung dieser Cluster, um Bedrohungen zu beheben und häufige Fehlkonfigurationen zu vermeiden. Lassen Sie uns beginnen.
Was ist die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur?
Die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur verwendet Cluster, Steuerungsebenen und eine oder mehrere virtuelle Maschinen (oder physische Server), die als Worker-Knoten bezeichnet werden. Worker-Knoten sind dafür bekannt, dass sie Pods hosten, die einen oder mehrere Container beherbergen.
Kubernetes-Container sind Laufzeitumgebungen, die Softwarepakete enthalten und alle ihre Abhängigkeiten speichern. Container-Images enthalten ausführbaren Code und Inhalte zum Befüllen von Containerumgebungen.
Die Entscheidungsfindung im Cluster erfolgt über die Steuerungsebene. Sie plant die Ausführung von Containern, erkennt Fehler und startet neue Pods. Die wichtigsten Komponenten der Steuerungsebene sind der Controller Manager, der Kubernetes Application Programming Interface (API)-Server, der Scheduler und der Cloud Controller Manager.
Kubernetes-Worker-Knoten hosten auch Kubelet und Kube-Proxy, zwei Dienste, die die Container-Orchestrierung ermöglichen. Außerdem wird eine Container-Engine ausgeführt, und der CSP-Kubernetes-Dienst hostet Cluster. Unternehmen müssen verschiedene Service-Aspekte von Kubernetes verwalten, wie z. B. Autorisierung und Authentifizierung, da die Standardkonfigurationen des CSP unsicher sind.
Bei der Konzeption der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur müssen Unternehmen ihre Verantwortlichkeiten verstehen und wissen, wie Kubernetes-Cluster gewartet werden.
Wie kann die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur geschützt werden?
Es gibt viele Möglichkeiten, die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur zu sichern. Der erste Schritt besteht darin, die Root-Ausführung standardmäßig zu verhindern. Benutzer können Nicht-Root-Container ausführen oder eine Rootless-Container-Engine verwenden, um das Risiko einer Kompromittierung der Container zu verringern. Außerdem sollten sie Kubernetes-Anwendungen testen und so konzipieren, dass sie als Nicht-Root-Benutzer ausgeführt werden. Die Integration der Nicht-Root-Ausführung in die Build-Zeit verbessert die Qualitätssicherung und stellt sicher, dass Kubernetes-Anwendungen ohne Root-Rechte reibungslos laufen.
Für Anfänger ist es viel einfacher, einzelne Cluster für groß angelegte Anwendungen einzurichten. Personen, die kommerzielle oder verwaltete Kubernetes-Dienste nutzen, können die Ressourcennutzung mit K8s Namespaces optimieren und die Multi-Tenancy-Unterstützung nutzen.
Im Folgenden finden Sie die besten Sicherheitstipps zur Verbesserung der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur für Anfänger:
1. Verwenden Sie unveränderliche Container-Dateisysteme
Böswillige Akteure sind in der Lage, sich uneingeschränkte Ausführungsrechte zu verschaffen, Skripte herunterzuladen und Anwendungen innerhalb von Containern zu verändern. Benutzer können solche Vorfälle verhindern, indem sie sekundäre Lese-/Schreib-Dateisysteme in bestimmten Verzeichnissen mounten und unveränderliche Container-Dateisysteme verwenden.
2. Sichere Container-Images erstellen
Das Scannen von Kubernetes-Container-Images kann Schwachstellen erkennen, das Einschleusen von bösartigem Code verhindern und sichere Bereitstellungen gewährleisten. Das Scannen von Kubernetes-Container-Images identifiziert veraltete Bibliotheken, sichert Ports und verhindert bekannte Fehlkonfigurationen. Das Scannen von Container-Images ist ein wesentlicher Bestandteil der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur und kann eine wirksame Beseitigung von Bedrohungen ermöglichen. Der Kubernetes-Admission-Controller kann Bereitstellungen automatisch blockieren, wenn ein Container-Image gegen die Sicherheitsrichtlinien des Unternehmens verstößt. Außerdem ist es wichtig, Images aus vertrauenswürdigen Repositorys zu erstellen und zu beziehen und die Reputation der Herausgeber zu überprüfen. Benutzer sollten in Kubernetes-Clustern nur digital signierte Images ausführen.
3. Implementierung von Kubernetes Container Hardening
Kubernetes Container Hardening kann den Umfang von Angriffsflächen drastisch einschränken, Datenverletzungen verhindern und Anwendungen schützen. Im Allgemeinen gibt es drei Ansätze: Hypervisor-gestützte Containerisierung, kernelbasierte Lösungen und Anwendungs-Sandboxes.
Das Seccomp-Tool kann für Audit-Protokollierung und aktive Bedrohungserkennung verwendet werden. Viele Container-Engine-Lösungen ermöglichen es Benutzern, eine Isolationsschicht zwischen dem Host-Kernel und der containerisierten Anwendung hinzuzufügen. Isolationsgrenzen zwingen Anwendungen dazu, innerhalb virtueller Sandboxes zu arbeiten, und schützen Host-Betriebssysteme vor böswilligen Angriffen. Container-Engines können so konfiguriert werden, dass sie die Virtualisierung erzwingen und einen besseren Schutz bieten als herkömmliche Container-Isolationslösungen.
4. Netzwerktrennung und -härtung
Cluster-Netzwerke werden verwendet, um die Kommunikation zwischen Containern zu verbessern. Durch die Durchsetzung von Verschlüsselung und Ressourcentrennung kann eine laterale Bewegung in Netzwerken verhindert werden. Benutzer können Netzwerkrichtlinien verwenden, um Kubernetes-Ressourcen zu isolieren und die Steuerungsebene zu sichern. Es wird empfohlen, den Datenverkehr und sensible Daten im Ruhezustand (einschließlich Geheimnisse) zu verschlüsseln und eine Firewall anzuwenden. Kubernetes-Namespaces können Cluster-Ressourcen über Teams, Benutzer und Anwendungen hinweg partitionieren. Namespaces sind standardmäßig nicht isoliert, aber Benutzer können die Autorisierung mithilfe von RBAC und Netzwerkrichtlinien festlegen.
Pod-IP-Adressen können sich ändern, und Anwendungen können sich nicht darauf verlassen, dass Pods statische IP-Adressen haben. Die Verwendung eines Kubernetes-Dienstes mit der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur kann dieses Problem lösen. Er kann verschiedenen Pods mehrere eindeutige IP-Adressen zuweisen und Labels für Konfigurationen verwenden. Diese Adressen ändern sich nicht, solange der Dienst noch verwendet wird. Kubernetes-Netzwerkrichtlinien können den eingehenden und ausgehenden Datenverkehr steuern.
Zwei weitere Empfehlungen der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur für die Gestaltung starker Netzwerkrichtlinien sind die Verwendung von CNI-Plugins, die die NetworkPolicy-API unterstützen, und die Erstellung von Richtlinien für ausgewählte Pods unter Verwendung von namespaceSelector und podSelector.
5. Sichere Kubernetes-Hosts
Benutzer können Kubernetes auf verschiedene Weise bereitstellen: vor Ort, auf Bare-Metal-Servern und über Public-Cloud-Builds. Kubernetes-Container sind in hohem Maße portabel; Kunden können zwischen Installationen wechseln und Workloads migrieren. Ein hoher Grad an Anpassbarkeit bedeutet jedoch auch, dass zusätzliche Sicherheitslücken entstehen. Eine Möglichkeit, dies zu umgehen, besteht darin, die zugrunde liegenden Hosts zu härten und die neuesten Versionen der Betriebssysteme zu installieren. Die Implementierung von Konfigurationsmanagementsystemen, Patch-Management, Firewalls und die Anwendung relevanter Sicherheitsmaßnahmen entsprechend den vorgesehenen Rechenzentrumsumgebungen sind unerlässlich.
Durch die Verwendung der neuesten Version von Kubernetes werden die größten potenziellen Bedrohungen gemindert. Es werden gängige Fehlerbehebungen angewendet, und durch die Aktualisierung der Anwendungen werden unnötige Komplikationen vermieden. Rolling Updates sind bei Entwicklern sehr beliebt, und Node-Pool-Migrationen führen Updates mit minimalen Ausfallzeiten oder Unterbrechungen durch.
6. Kubernetes-Sicherheitstools integrieren
Kubernetes-Sicherheit Tools wie Next Generation Firewalls (NGFW) und Web Access Control Gateways sollten in bestehende Kubernetes-Cluster und Sicherheitstools integriert werden. Eine gute Möglichkeit hierfür ist die Einbindung der von Workloads verwendeten TCP/UDP-Ports und IP-Adressen in Perimeter-Sicherheitstools. Dadurch können Benutzer Kubernetes-Ressourcen identifizieren und sichern.
Die Beschränkung der Netzwerkkonnektivität auf Kubernetes-Knoten und die Verwendung von Sicherheitsgruppen von Cloud-Anbietern können ebenfalls mit den Managementpraktiken der Kubernetes-Sicherheitsarchitektur in Einklang gebracht werden.
7. Automatisierte Compliance
Eine optimale Laufzeitsicherheit kann durch das Sammeln von Daten und die Automatisierung der Erstellung von Compliance-Berichten gewährleistet werden. Die Kubernetes-Compliance muss den neuesten Branchenstandards wie HIPAA, PCI-DSS, DSGVO, NIST und SOC2 entsprechen. Es ist von entscheidender Bedeutung, eine automatisierte und kontinuierliche Compliance anzustreben. Wenn ein Pod eine Compliance-Prüfung nicht besteht, sollten Cluster automatisch die Container-Images aktualisieren oder ihn herunterfahren, bis das Problem behoben ist. Benutzer sollten Daten während der Übertragung verschlüsseln, was durch die Aktivierung der TLS-Verschlüsselung für Kubernetes-Workloads erreicht werden kann. Eine weitere gute Option ist die Aktivierung von Mutual TLS, die Verwendung von Service Meshes oder die Verwendung von Tools wie SentinelOne.
8. Sicherer Zugriff auf die Kubernetes-API
Der Großteil der Kubernetes-Cluster-Operationen findet im Kube-apiserver statt. Das Kube-Kontrolltool kann zur Steuerung des Zugriffs auf die API verwendet werden und dient als erste Verteidigungslinie. Das Kubelet kann Pods eine Quality of Service (QoS)-Klasse zuweisen und bei Bedarf bei ihrer Planung und anschließenden Entfernung helfen. Kubelet kann Benutzern helfen, intelligentere Entscheidungen zu treffen, und DevOps-Teams können sicherstellen, dass Container genügend Ressourcen für einen ordnungsgemäßen Betrieb erhalten. Für alle Container müssen unbedingt CPU- und Speicherbeschränkungen festgelegt werden.
SentinelOne verfügt über eine umfassende Cloud-Native Application Protection Platform (CNAPP) mit einer integrierten Kubernetes Security Posture Management (KSPM)-Lösung. Es kann detaillierte Sicherheitsrichtlinien anwenden, die Kommunikation zwischen Workloads und Anwendungen von Drittanbietern einschränken und den Zugriff auf die API begrenzen. Das Tool erkennt und bekämpft fortgeschrittene, hartnäckige Bedrohungen mithilfe von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz und verfügt sogar über eine Offensive Security Engine, die einen regelbasierten Ansatz für Sicherheit und Überwachung von Bedrohungen durchsetzt. Die Bereitstellung eines skalierbaren, einheitlichen und einzigartigen Mikrosegmentierungsmodells für Kubernetes-Hosts, VMs und Container kann die dringend benötigte Kubernetes-Sicherheit in Multi-Cluster-, Multi-Cloud- und Hybrid-Bereitstellungen gewährleisten.
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Demo anfordernFazit
Unternehmen setzen zunehmend auf Container-Orchestrierungsplattformen wie Kubernetes, und es findet eine Verlagerung hin zum Schutz von Infrastrukturen und zur Nutzung containerisierter Workloads und Anwendungen statt. Kubernetes bietet umfassende Sicherheitsfunktionen und -einstellungen, ist jedoch standardmäßig nicht sicher und muss konfiguriert werden. Container können ordnungsgemäß ausgeführt werden, und Bedrohungen müssen behoben werden, bevor sie eskalieren. Der erste Schritt besteht darin, eine praktische Kubernetes-Sicherheitsarchitektur zu entwerfen. Es gibt verschiedene Tools, mit denen Unternehmen den Einstieg finden können, und auf dem Markt sind viele Open-Source-Lösungen verfügbar.
Sie erreichen kontinuierliche Transparenz, verbessern die Beobachtbarkeit und stellen sicher, dass Container so sicher wie möglich ausgeführt werden. Kubernetes-Sicherheitstools können den Build-Prozess überwachen und versteckte Schwachstellen aufdecken, wodurch Unternehmen geschützt bleiben.
"Häufig gestellte Fragen zur Kubernetes-Sicherheitsarchitektur
Die Kubernetes-Sicherheitsarchitektur umfasst das Design und eine Reihe von Kontrollen zum Schutz eines Kubernetes-Clusters. Sie konzentriert sich auf die Sicherung der Steuerungsebene, der Knoten, der Workloads und der Netzwerke, um unbefugten Zugriff und Angriffe zu verhindern.
Sie umfasst mehrschichtige Abwehrmaßnahmen wie Authentifizierung, Autorisierung, Netzwerkrichtlinien und Geheimnisverwaltung, die so strukturiert sind, dass sie jeden Teil der Container-Orchestrierungsumgebung schützen.
Die Netzwerksicherheit von Kubernetes nutzt Richtlinien und Segmentierung, um den Datenverkehr zwischen Pods und externen Clients zu kontrollieren. Netzwerkrichtlinien legen fest, welche Pods oder IP-Bereiche miteinander kommunizieren dürfen. Die Architektur umfasst häufig verschlüsselte Kommunikation zwischen Komponenten und Firewalls, um den Zugriff zu beschränken.
Diese Konfiguration schränkt die laterale Bewegung von Angreifern ein und schützt sensible Dienste innerhalb des Clusters.
Eine sichere Kubernetes-Konfiguration umfasst rollenbasierte Zugriffskontrolle (RBAC) für Berechtigungen, TLS zur Verschlüsselung des API-Datenverkehrs, Netzwerkrichtlinien für die Pod-Segmentierung, Pod-Sicherheitsrichtlinien oder Zulassungscontroller zur Durchsetzung der Containersicherheit, Geheimnisverschlüsselung, Audit-Protokollierung und regelmäßige Schwachstellenscans. Diese Ebenen arbeiten zusammen, um Risiken zu reduzieren und die Integrität des Clusters aufrechtzuerhalten.
Kubernetes unterstützt verschiedene Authentifizierungsmethoden wie Zertifikate, Tokens und die Integration mit Identitätsanbietern (OIDC, LDAP). Nach der Authentifizierung durchlaufen Anfragen Autorisierungsprüfungen, hauptsächlich unter Verwendung von RBAC, das durch die Gewährung von Zugriff auf der Grundlage definierter Rollen und Richtlinien das Prinzip der geringsten Privilegien durchsetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass nur vertrauenswürdige Benutzer und Komponenten zulässige Aktionen ausführen.
Beispiele hierfür sind die Durchsetzung von RBAC zur Einschränkung von Benutzeraktionen, die Verwendung von Netzwerkrichtlinien zur Isolierung von Pods mit sensiblen Daten, die Aktivierung von Audit-Protokollen zur Verfolgung von Cluster-Ereignissen, die Verschlüsselung von in etcd gespeicherten Geheimnissen, der Einsatz von Zulassungssteuerungen zum Blockieren unsicherer Konfigurationen und der Betrieb von Containern mit eingeschränkten Berechtigungen. Die Kombination dieser Praktiken stärkt die Clustersicherheit aus mehreren Blickwinkeln.
