Kubernetesは、コンテナデプロイメントのスケーリングと自動化を目的としたオープンソースのコンテナオーケストレーションプラットフォームです。当初は本番環境におけるコンテナ化されたワークロードの管理を目的に開発され、ユーザーがアプリケーションリソースの境界を定義するのを支援しました。仮想化はKubernetesセキュリティアーキテクチャの実践手法であり、物理サーバー上のリソースを適切に活用し、安定性を向上させます。仮想化を追加することで、Kubernetesはハードウェア性能を向上させ運用コストを削減します。各仮想マシンは独自のコンポーネントセットで動作し、指定されたオペレーティングシステムを備えています。
Kubernetesセキュリティアーキテクチャのデプロイは俊敏で、継続的開発と統合を促進し、コンテナイメージの構築とデプロイに信頼性を付加します。このプラットフォームはイメージの不変性を実現し、アプリケーションの健全性とパフォーマンスを監視し、OSディストリビューションの移植性を合理化します。ただし、Kubernetesセキュリティアーキテクチャの欠点として、デフォルトでより強固なセキュリティが求められる点が挙げられます。分散システムを運用する際には運用停止や遅延が発生する可能性があり、ロードバランシング、構成管理、自動ロールアウトにはセキュリティ上の課題が存在します。
Kubernetesセキュリティアーキテクチャは柔軟性と可観測性を提供しますが、アプリケーションを制限したり、ロギング、監査、監視を強制したりはしません。悪意のある脅威アクターは脆弱性を悪用し、サプライチェーンリスクはコンテナ構築サイクル全体に問題を引き起こす可能性があります。ワーカーノード、コンテナ化されたアプリケーション、コントロールプレーンなど、Kubernetesアーキテクチャ内の複数のコンポーネントを保護する必要があります。内部者による脅威の可能性も高く、悪意のある Kubernetes 管理者は特別な権限を悪用したり、機密情報を漏洩させたり、データ侵害を引き起こしたりする可能性があります。
このガイドでは、Kubernetes セキュリティアーキテクチャにおける主要な課題について説明します。脅威を修正し、一般的な設定ミスを防ぐために、これらのクラスターを設定し保護する方法を取り上げます。それでは始めましょう。
Kubernetesセキュリティアーキテクチャとは？
Kubernetesセキュリティアーキテクチャは、クラスター、コントロールプレーン、およびワーカーノードと呼ばれる1つ以上の仮想マシン（または物理サーバー）を使用します。ワーカーノードは、1つ以上のコンテナを収容するポッドをホストすることが知られています。
Kubernetesのコンテナは、ソフトウェアパッケージとその依存関係をすべて格納する実行環境です。コンテナイメージには、コンテナ環境を構築するための実行可能コードとコンテンツが含まれています。
クラスタの意思決定はコントロールプレーンによって行われます。コントロールプレーンはコンテナの実行をスケジューリングし、障害を検出し、新しいポッドを起動します。コントロールプレーンの重要なコンポーネントは、コントローラマネージャー、Kubernetesアプリケーションプログラミングインターフェース（API）サーバー、スケジューラ、クラウドコントローラマネージャーです。
Kubernetesワーカーノードは、コンテナオーケストレーションを可能にする2つのサービスであるKubeletとKube-proxyもホストします。またコンテナエンジンを実行し、CSP Kubernetesサービスがクラスターをホストします。デフォルトのCSP設定は安全でないため、組織は認証や認可などKubernetesの様々なサービス側面を管理する必要があります。
Kubernetesセキュリティアーキテクチャを設計する際、組織は自らの責任範囲を理解し、Kubernetesクラスターの維持管理方法を把握する必要があります。
Kubernetesセキュリティアーキテクチャを保護する方法とは？
Kubernetesセキュリティアーキテクチャを保護する方法は数多く存在します。最初のステップは、デフォルトでroot実行を防止することです。ユーザーは非rootコンテナを実行するか、rootlessコンテナエンジンを使用することで、コンテナ侵害の可能性を低減できます。また、Kubernetesアプリケーションをテストし、非rootユーザーとして実行されるように設計すべきです。ビルド時に非root実行を統合することで品質保証が強化され、root権限なしでKubernetesアプリケーションが円滑に動作することが保証されます。
大規模アプリケーション向けに個別のクラスターを設定することは、初心者にとってはるかに簡単です。商用またはマネージドKubernetesサービスを利用する個人は、K8sネームスペースを使用してリソース利用率を最適化し、マルチテナントサポートを活用できます。
初心者がKubernetesのセキュリティアーキテクチャを強化するための最良のセキュリティ対策は以下の通りです：
1. 不変コンテナファイルシステムの使用
悪意のある攻撃者は、コンテナ内で無制限の実行権限を取得し、スクリプトをダウンロードし、アプリケーションを変更する可能性があります。ユーザーは、特定のディレクトリに二次的な読み書き可能なファイルシステムをマウントし、不変のコンテナファイルシステムを使用することで、このような事例を防ぐことができます。
2.セキュアなコンテナイメージの構築
Kubernetesコンテナイメージスキャンは脆弱性を検出、悪意のあるコード注入を防止し、安全なデプロイを確保します。Kubernetesコンテナイメージスキャンは古いライブラリを特定し、ポートを保護し、既知の設定ミスを防ぎます。コンテナイメージスキャンはKubernetesセキュリティアーキテクチャに不可欠であり、効果的な脅威対策を提供します。コンテナイメージが組織のセキュリティポリシーに違反した場合、Kubernetesアドミッションコントローラーはデプロイを自動的にブロックできます。信頼できるリポジトリからイメージを構築・取得し、発行者の評判を確認することも重要です。ユーザーはKubernetesクラスター内でデジタル署名付きイメージのみを実行すべきです。
3. Kubernetesコンテナの強化を実施する
Kubernetesコンテナの強化は、攻撃対象領域を大幅に制限し、データ侵害を防止し、アプリケーションを保護します。一般的に、3つのアプローチがあります。ハイパーバイザーベースのコンテナ化、カーネルベースのソリューション、アプリケーションサンドボックスです。
seccompツールは監査ログ記録とアクティブな脅威検出に使用できます。多くのコンテナエンジンソリューションでは、ホストカーネルとコンテナ化されたアプリケーションの間に分離レイヤーを追加できます。分離境界により、アプリケーションは仮想サンドボックス内で動作し、ホストオペレーティングシステムを悪意のある侵入から保護されます。コンテナエンジンは、仮想化を強制し、従来のコンテナ分離ソリューションよりも優れた保護を提供するように設定できます。
4.ネットワーク分離と強化
クラスタ内ネットワークはコンテナ間の通信改善に利用されます。暗号化とリソース分離を強制することで、ネットワーク内での横方向の移動を防止できます。ユーザーはネットワークポリシーを使用してKubernetesリソースを分離し、コントロールプレーンを保護できます。トラフィックと保存中の機密データ（シークレットを含む）の暗号化、およびファイアウォールの適用が推奨されます。Kubernetesネームスペースは、チーム、ユーザー、アプリケーション間でクラスターリソースを分割できます。ネームスペースはデフォルトでは分離されていませんが、ユーザーはRBACとネットワークポリシーを使用して認証を指定できます。
PodのIPアドレスは変更される可能性があり、アプリケーションはPodが静的IPアドレスを持つことに依存できません。KubernetesセキュリティアーキテクチャでKubernetesサービスを使用することでこの問題を解決できます。サービスは異なるPodに複数の固有IPアドレスを割り当て、設定にラベルを使用できます。これらのアドレスはサービスが使用中の間は変更されません。Kubernetesネットワークポリシーは、流入トラフィックと流出トラフィックを制御できます。
強力なネットワークポリシー設計のためのKubernetesセキュリティアーキテクチャに関する追加の推奨事項は、NetworkPolicy APIをサポートするCNIプラグインの使用と、namespaceSelectorおよびpodSelectorを使用した選択されたポッドのガイドライン作成です。
5. Kubernetesホストのセキュリティ対策
Kubernetesはオンプレミス環境、ベアメタル環境、パブリッククラウド構築など複数の方法でデプロイ可能です。Kubernetesコンテナは高い移植性を持ち、クライアントは環境間での切り替えやワークロードの移行が可能です。高度なカスタマイズ性は、同時に新たなセキュリティ脆弱性の導入を意味します。これを回避する一つの方法は、基盤となるホストの強化と最新OSバージョンの導入です。構成管理システムの実装、パッチ管理、ファイアウォール設定、指定されたデータセンター環境に応じた適切なセキュリティ対策の実施が不可欠です。
Kubernetesの最新バージョンを実行することで、主要な潜在的脅威を軽減できます。一般的なバグ修正が適用され、アプリケーションを最新の状態に保つことで不必要な複雑化を防ぎます。ローリングアップデートは開発者の間で非常に人気があり、ノードプールの移行により、ダウンタイムや混乱を最小限に抑えてアップデートを完了することができます。
6.Kubernetesセキュリティツールの統合
Kubernetesセキュリティ次世代ファイアウォール（NGFW）やWebアクセス制御ゲートウェイなどのツールは、既存のKubernetesクラスターおよびセキュリティツールセットと統合する必要があります。これを実現する優れた方法は、ワークロードが使用するTCP/UDPポートとIPアドレスを境界セキュリティツールに組み込むことです。これにより、ユーザーは Kubernetes 資産を識別し、セキュリティを確保することができます。
Kubernetes ノードへのネットワーク接続を制限し、クラウドプロバイダのセキュリティグループを使用することも、Kubernetes セキュリティアーキテクチャの管理慣行に沿うことができます。
7.自動化されたコンプライアンス
データの収集とコンプライアンスレポートの自動生成により、最適なランタイムセキュリティを確保できます。Kubernetes のコンプライアンスは、HIPAA、PCI-DSS、GDPR、NIST、SOC2 などの最新の業界ベンチマークに準拠する必要があります。自動化された継続的なコンプライアンスを目指すことが重要です。ポッドがコンプライアンスチェックに失敗した場合、クラスターはコンテナイメージを自動的に更新するか、問題が修正されるまでシャットダウンする必要があります。ユーザーは転送中のデータを暗号化する必要があり、これは Kubernetes ワークロードで TLS 暗号化を有効にすることで実現できます。別の優れた選択肢としては、相互TLSの有効化、サービスメッシュの利用、SentinelOneなどのツールの使用が挙げられます。
8.Kubernetes APIへの安全なアクセス
Kubernetesクラスター操作の大部分はKube-apiserverで発生します。Kube制御ユーティリティツールはAPIへのアクセス制御に使用でき、最初の防御ラインとして機能します。KubeletはポッドにQoS（サービス品質）クラスを割り当て、スケジューリングや必要な場合のエジェクションを支援できます。Kubeletはユーザーの意思決定を支援し、DevOpsチームはコンテナが正常に機能するのに十分なリソースを確保できます。全てのコンテナには必ずCPUとメモリの制限を設定する必要があります。
SentinelOneは包括的なクラウドネイティブアプリケーション保護プラットフォーム（CNAPP）を提供しています。what-is-a-cloud-native-application-protection-platform-cnapp/" target="_blank" rel="noopener">CNAPP)ツールを提供しており、Kubernetesセキュリティポスチャ管理（KSPM）ソリューションを内蔵しています。これにより、きめ細かなセキュリティポリシーの適用、ワークロードとサードパーティアプリ間の通信制限、APIアクセス制限が可能になります。このツールは機械学習と人工知能を用いて高度な持続的脅威を検知・軽減し、ルールベースのセキュリティと脅威監視を強制する攻撃的セキュリティエンジンも備えています。Kubernetesホスト、VM、コンテナ向けにスケーラブルで統一された独自のマイクロセグメンテーションモデルを展開することで、マルチクラスター、マルチクラウド、ハイブリッド環境全体で必要不可欠なKubernetesセキュリティを実現できます。
結論
企業はKubernetesのようなコンテナオーケストレーションプラットフォームの導入拡大を受け入れつつあり、インフラストラクチャの保護とコンテナ化されたワークロード・アプリケーションの活用へと移行しています。Kubernetesは包括的なセキュリティ機能と設定を提供しますが、デフォルトでは安全ではなく、設定が必要です。コンテナは適切に実行でき、脅威はエスカレートする前に修復されなければなりません。それは実用的なKubernetesセキュリティアーキテクチャの設計から始まります。導入に利用できるツールは多岐にわたり、市場には数多くのオープンソースソリューションが存在します。
これらは継続的な可視性を実現し、監視性を向上させ、コンテナが可能な限り安全かつセキュアに動作することを保証します。Kubernetesセキュリティツールはビルドプロセスを監視し、隠れた脆弱性を発見することで、組織の保護を支援します。
Kubernetes セキュリティアーキテクチャに関するよくある質問
Kubernetes セキュリティアーキテクチャとは、Kubernetes クラスターを保護するための設計および一連の制御です。不正アクセスや攻撃を防ぐため、コントロールプレーン、ノード、ワークロード、ネットワークのセキュリティ確保に重点を置いています。
認証、認可、ネットワークポリシー、シークレット管理といった多層防御を組み込み、コンテナオーケストレーション環境のあらゆる部分を保護する構造となっています。
Kubernetesのネットワークセキュリティは、ポリシーとセグメンテーションを用いてポッド間および外部クライアントとのトラフィックを制御します。ネットワークポリシーは、通信可能なポッドやIP範囲を定義します。このアーキテクチャでは、コンポーネント間の暗号化通信やアクセス制限のためのファイアウォールが頻繁に採用されます。
この構成により、攻撃者による横方向の移動が制限され、クラスター内の機密サービスが保護されます。
セキュアなKubernetes環境には、権限管理のためのロールベースアクセス制御（RBAC）、APIトラフィックの暗号化のためのTLS、ポッドのセグメンテーションのためのネットワークポリシー、コンテナセキュリティを強制するためのポッドセキュリティポリシーまたはアドミッションコントローラー、シークレットの暗号化、監査ログ、定期的な脆弱性スキャンが含まれます。これらの層が連携してリスクを低減し、クラスターの完全性を維持します。
Kubernetesは、証明書、トークン、IDプロバイダー（OIDC、LDAP）との連携など、様々な認証方法をサポートしています。認証後、リクエストは主にRBAC（ロールベースのアクセス制御）による認可チェックを受けます。これは定義されたロールとポリシーに基づいてアクセス権を付与することで最小権限を強制し、信頼されたユーザーとコンポーネントのみが許可されたアクションを実行できるようにします。
例としては、RBACによるユーザー操作の制限、機密データを含むポッドのネットワークポリシーによる隔離、クラスターイベント追跡のための監査ログ有効化、etcdに保存されたシークレットの暗号化、安全でない構成をブロックするアドミッションコントローラーの導入、限定された権限でのコンテナ実行などが挙げられます。これらの手法を組み合わせることで、クラスターのセキュリティを多角的に強化できます。
