Was ist Kubernetes-Sicherheit?

Die Bedeutung der Kubernetes-Sicherheit

Als primäre Plattform für die Orchestrierung containerisierter Anwendungen in öffentlichen und privaten Cloud-Umgebungen ist Kubernetes zu einem Hauptziel für Cyberkriminelle geworden. Kubernetes steht im Mittelpunkt moderner DevOps Workflows und ermöglicht es Teams, die Anwendungsbereitstellung zu automatisieren und zu skalieren, ohne sich um die zugrunde liegende Infrastruktur oder die Komplexität der Ressourcenverwaltung kümmern zu müssen. 

Die Komplexität von Kubernetesbedeutet jedoch auch, dass es leicht passieren kann, dass Schwachstellen oder Fehlkonfigurationen eingeführt und übersehen werden, die geschäftskritische Anwendungen gefährden könnten. Wenn Kubernetes nicht ordnungsgemäß gesichert ist, können Angreifer kritische Workloads kompromittieren, sensible Daten exfiltrieren oder sogar essentielle Dienste lahmlegen.

Daher benötigen Organisationen Kubernetes-Sicherheitspraktiken, die die Plattform und ihre grundlegenden Komponenten schützen:

• Cluster: Die übergeordnete Umgebung, die alle Kubernetes-Komponenten enthält. Es besteht aus einer Steuerungsebene, die den Cluster verwaltet, und einer Reihe von Worker-Knoten, auf denen die Anwendung tatsächlich ausgeführt wird.
• Nodes: Virtuelle oder physische Maschinen, auf denen containerisierte Workloads ausgeführt werden. Jeder Knoten enthält ein Kubelet, das mit der Steuerungsebene kommuniziert, einen Kube-Proxy, der die Netzwerkregeln verwaltet, und eine Container-Laufzeitumgebung.
• Kapseln: Nodes führen die in Pods verpackten Workloads aus. Pods sind die kleinsten bereitstellbaren Einheiten in Kubernetes, die einen oder mehrere Container kapseln, welche Speicher, Netzwerk-Namespace und Konfiguration gemeinsam nutzen.
• Komponenten der Steuerungsebene: Verwaltet den Zustand und den Betrieb des Clusters. Zu den wichtigsten Komponenten gehören der API-Server und ein Scheduler, der Pods Knoten zuweist.

Die Kubernetes-Sicherheit, auch bekannt als K8s-Sicherheit, umfasst eine breite Palette von Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz dieser Komponenten. Um dies zu erreichen, müssen Organisationen eine proaktive, mehrschichtige Sicherheitsstrategie verfolgen, um Kubernetes kontinuierlich auf Bedrohungen zu überwachen, Angriffe abzuwehren und die Einhaltung regulatorischer Standards sicherzustellen. Da Kubernetes zur Grundlage der meisten Cloud-Infrastrukturen geworden ist, ist die Gewährleistung seiner Sicherheit eine Notwendigkeit für die Geschäftskontinuität und den Erfolg.

Kubernetes Sicherheit für jede Phase des Anwendungslebenszyklus

Um eine robuste Kubernetes-Sicherheit zu gewährleisten, ist es entscheidend, Sicherheitsbedenken in jeder Phase des Anwendungslebenszyklus anzugehen. Sicherheit ist nicht nur eine Überlegung nach der Bereitstellung; sie muss in jede Phase des Entwicklungsprozesses integriert werden. 

Im Folgenden erläutern wir die wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen für jede Phase:

#1. Entwicklungsphase

Die Entwicklungs- und Designphase ist die erste Verteidigungslinie der Kubernetes-Sicherheit. In dieser Phase müssen sich die Entwickler auf die Erstellung sicherer Anwendungen und Architekturen konzentrieren, die potenziellen Angriffen standhalten können. Dies beinhaltet den Schutz der Integrität der Entwicklungsumgebung, die Entwicklung von Anwendungen unter Berücksichtigung der Sicherheit von Anfang an und die Implementierung sicherer Codierungspraktiken. 

Zu den wichtigsten Sicherheitsmaßnahmen gehören:

• Einführung einer Zero-Trust-Architektur zur Validierung jeder Zugriffsanfrage.
• Entwickeln Sie einen Code-Review-Prozess und stellen Sie sicher, dass der Anwendungscode frei von Schwachstellen ist.
• Sichere Prozesse zur Verwaltung geheimer Daten durchsetzen, um sensible Daten (Passwörter, API-Schlüssel, OAuth-Token usw.) angemessen zu behandeln.

#2. Verteilungsphase

Während der Vertriebsphase müssen Sie die Lieferkette der Anwendung überprüfen und sicherstellen, dass Bilder und andere Komponenten sicher und aktuell sind und keine bekannten Schwachstellen aufweisen. 

To achieve this, you should:

• Scannen Sie alle Containerbilder nach Schwachstelle.
• Um unbefugten Zugriff und Manipulation zu verhindern, sollte der Zugriff auf Container-Images eingeschränkt werden.
• Aktualisieren Sie alle Abhängigkeiten und entwickeln Sie Patch-Management-Prozesse, um neue Updates so schnell wie möglich zu erhalten.

#3. Bereitstellungsphase

In der Bereitstellungsphase wird die Anwendung in den Kubernetes Cluster eingeführt. Die Gewährleistung der Sicherheit während dieser Phase beinhaltet die sichere Konfiguration der Kubernetes Umgebung und die Verwaltung des Bereitstellungsprozesses, um das Risiko der Offenlegung von Schwachstellen zu minimieren. 

Zu den zu berücksichtigenden sicheren Bereitstellungspraktiken gehören:

• Beschränkung der Anwendungsbereitstellung auf bestimmte Benutzer und Umgebungen.
• Durch Scannen von Container-Images wird die kryptografische Identität überprüft, um sicherzustellen, dass die Signatur gültig ist, von einem vertrauenswürdigen Herausgeber stammt und dass das Artefakt nicht verändert wurde.
• Die Anwendung und der Cluster werden in separaten Namensräumen bereitgestellt.

#4. Laufzeitphase

Kubernetes-Laufzeitsicherheit konzentriert sich auf die Betriebsphase, in der die Anwendung innerhalb des Clusters ausgeführt wird. Die Laufzeitphase erfordert kontinuierliche Überwachung und Maßnahmen zur Reaktion auf Sicherheitsvorfälle, um deren Auswirkungen zu begrenzen, sowie fortlaufende Aktualisierungen, um die Sicherheit der Umgebung zu gewährleisten. 

Es lässt sich in drei Hauptbereiche unterteilen:

• Zugang: Schutz der Kubernetes-API durch robuste Zugriffskontrolle, Authentifizierungsprozesse und Verschlüsselung des gesamten API-Datenverkehrs.
• Berechnen: Wählen Sie eine Container-Laufzeitumgebung, die ein hohes Maß an Sicherheit bietet und ein Gleichgewicht zwischen der Isolation der Anwendung und der Ausführung auf demselben Host herstellt.
• Lagerung: Verschlüsseln Sie Cluster- und API Objekte im Ruhezustand, authentifizieren Sie Verbindungen zwischen Cluster und Speicher und nutzen Sie Backups, um diese bei Bedarf wiederherstellen zu können.

Die 4 Cs der Kubernetes-Sicherheit

Um Kubernetes effektiv vor Bedrohungen zu schützen, sollte man die Sicherheit aus der Perspektive des 4C-Modells angehen. Das 4Cs-Modell steht für Code-, Container-, Cluster- und Cloud- Sicherheit und ist ein Fahrplan zur Bewältigung von Sicherheitsbedenken innerhalb der Kubernetes-Architektur.

Codesicherheit

Der Code bezieht sich auf die Anwendung, die von Containern ausgeführt wird. Code stellt in Kubernetes Umgebungen eine erhebliche Angriffsfläche dar, nicht nur durch unbeabsichtigtes Einschleusen von Fehlern, die zu Schwachstellen führen, sondern auch durch potenziell anfällige Drittanbieterbibliotheken.

Um auf der Kubernetes Plattform ausgeführten Code zu sichern, sollte man zunächst unberechtigten Zugriff auf den Code verhindern. Dies geschieht durch grundlegende Netzwerksicherheits- und Zugriffskontrollen als erste Verteidigungslinie. Setzen Sie sichere Codierungspraktiken um, führen Sie regelmäßige Scans und Tests mit speziellen Tools durch und halten Sie sich an die OWASP- Codierungsrichtlinien.

Container-Sicherheit

Container enthalten Images, die ihrerseits aus dem Basis-Image, dem Betriebssystem, der Container-Konfiguration, den Abhängigkeiten und der Laufzeitumgebung bestehen, die zur Ausführung des Anwendungscodes erforderlich ist.

In Pods ausgeführte Container müssen vertrauenswürdige Basis-Images und Laufzeitumgebungen verwenden, die jeweils Ziel von Angriffen durch böswillige Akteure sein können. Überprüfen Sie, ob das ursprüngliche Image-Repository sicher ist, minimieren Sie die Codebasis, um die Anzahl der verwendeten Drittanbieterbibliotheken zu begrenzen, scannen Sie Container-Images auf Schwachstellen und sichern Sie Pods mit Zugriffskontrollen und Netzwerkrichtlinien, um die Kommunikation zwischen Pods einzuschränken.

Cluster

Die Kubernetes-Architektur ist in Cluster organisiert. Kubernetes-Cluster bestehen aus Pods, und jeder Pod enthält einen oder mehrere Container, die im selben lokalen Netzwerk laufen. Die Gestaltung der Clustersicherheit hängt von einer sorgfältigen Auslegung der Zugriffsrichtlinien und Sicherheitskonfigurationen ab.

Die Sicherheit Cluster umfasst die Sicherung der darin laufenden Container und Anwendungen, der Steuerungsebene ( API, Scheduler, Datenspeicher und Controller) sowie des übergeordneten Netzwerks, in dem der Cluster ausgeführt wird.

Cloud-Sicherheit

Die Cloud-Schicht ist das physische Rechenzentrum oder die Cloud-Infrastruktur, auf der Kubernetes läuft, üblicherweise Infrastructure as Code (IaC)-Plattformen oder Managed Kubernetes-Dienste.

Cloud-Anbieter bieten Richtlinien und bewährte Sicherheitsverfahren für die Implementierung geeigneter Zugriffskontrollen an. Reduzieren Sie die Risiken für die Cloud-Infrastruktur, indem Sie Verfahren der minimalen Berechtigungen für Ressourcen implementieren, nach Cloud-Schwachstellen oder Fehlkonfigurationen suchen und Zugriffskontrollen einsetzen, um einzuschränken, welche Benutzer mit Kubernetes interagieren können.

Im Allgemeinen können Administratoren davon ausgehen, dass sie in allen Phasen des Anwendungslebenszyklus Sicherheitsmaßnahmen implementieren müssen: von der ersten Codierung und dem Testen über die Produktionsbereitstellung bis hin zum laufenden Betrieb innerhalb des Clusters.

Wichtige Prinzipien für die Kubernetes-Sicherheit

Die folgenden Prinzipien und Sicherheitsmaßnahmen können dazu beitragen, die Ausfallsicherheit von containerisierten Anwendungen auf Kubernetes zu gewährleisten:

Role-Based Access Control (RBAC)

In Kubernetes steuert RBAC den Zugriff auf Ressourcen innerhalb des Clusters und definiert, welche Aktionen ein Benutzer oder eine Gruppe ausführen darf bzw. nicht ausführen darf. RBAC wird verwendet, um den Teamzugriff zu isolieren, Operationen einzuschränken, den Administratorzugriff zu kontrollieren und die Berechtigungen von Dienstkonten zu verwalten.

Rollen dienen dazu, den Zugriff auf Ressourcen innerhalb eines einzelnen Namensraums zu gewähren, während Clusterrollen einen breiteren Geltungsbereich haben und den Zugriff über Namensräume hinweg definieren. Natürlich sollte nicht jeder Benutzer uneingeschränkten Zugriff auf alle Ressourcen haben. Bei der Bewertung von Kubernetes-Rollen und -Berechtigungen sollte man sich allgemein an das Prinzip der geringsten Privilegien (PoLP) halten.

Bei der Verwendung von RBAC sollten Administratoren eher Namespace-spezifische Berechtigungen als Cluster-weite Berechtigungen bevorzugen und die Zugriffskontrollen für jedes Kubernetes -Objekt und jeden Namespace festlegen. Der Zugriff darf nur dann gewährt werden, wenn er für bestimmte Aufgaben erforderlich ist, und nur dann, wenn er darüber hinaus erforderlich ist.

Durchsetzung der Netzwerkrichtlinien

Container kommunizieren über das Netzwerk mit externen Diensten und untereinander. Containerisierte Anwendungen nutzen Cluster-Netzwerke häufig in großem Umfang. Um besser zu verstehen, wie die Anwendung mit anderen Systemen interagiert und um anomale Kommunikationsvorgänge zu identifizieren, implementieren Sie die Überwachung des aktiven Netzwerkverkehrs und vergleichen Sie ihn mit dem durch Kubernetes -Netzwerkrichtlinie erlaubten Verkehr.

Um die Netzwerkanbindung zu gewährleisten, müssen Organisationen Netzwerkrichtlinien durchsetzen, die die Kommunikation auf notwendige Dienste beschränken und dabei das Minimum bevorzugen, das für das ordnungsgemäße Funktionieren der Arbeitslasten erforderlich ist. Diese Empfehlung gilt sowohl für den eingehenden als auch für den ausgehenden Datenverkehr zum Cluster sowie für den Datenverkehr innerhalb des Clusters.

Verschlüsseln Sie den Netzwerkverkehr mithilfe von Virtual Private Netzwerk (VPNs) und TLS. Zur Verbesserung der Containersicherheit sollte eine Firewall innerhalb der Umgebung eingesetzt werden, um eine weitere Schutzebene hinzuzufügen. Außerdem sollten Netzwerksegmentierung und Ressourcenisolation implementiert werden, um die Angriffsfläche zu verringern und Sicherheitslücken einzudämmen.

Sicherheitszugang für Pods durchsetzen (PSA)

PSA, der Nachfolger der Pod Sicherheitsrichtlinie (PSP), erzwingt die Sicherheitsrichtlinie, die in Kubernetes als Pod Security Standards (PSS) bekannt ist. Als integrierte Funktion macht PSA Tools von Drittanbietern überflüssig und vereinfacht die Sicherheit durch die Definition und Einhaltung eines Standards. Es schränkt unsichere Konfigurationen ein und verringert so die Angriffsfläche.

Das von Pod Security Admission durchgesetzte PSS definiert drei Sicherheitsprofile für Workloads. Das privilegierte Profil unterliegt keinen Einschränkungen und sollte nur im absoluten Notfall verwendet werden. Das Baseline- Profil bietet ein Mindestmaß an Sicherheit für Anwendungen, während Restricted die Einhaltung bewährter Sicherheitspraktiken sicherstellt.

PSA überprüft, ob die Pods gemäß diesen Profilen konfiguriert sind und gewährleistet so die Einhaltung der Vorschriften. Generell sollten Administratoren entweder die Baseline- oder die Restricted-Richtlinie für Pods festlegen, um die Sicherheit des Clusters zu gewährleisten.

Sicherung der Kontrollebene

Die Kubernetes -Steuerungsebene ist für die Steuerung des Clusters verantwortlich. Es verwaltet den Clusterstatus, die Integrität und die Konfigurationsdaten und stellt sicher, dass die Container mit allen notwendigen Ressourcen ausgeführt werden. Aufgrund ihrer Bedeutung und Komplexität gilt die Steuerungsebene als relativ schwierig zu konfigurieren und ist daher zu einem Hauptziel für Angreifer geworden.

Die Steuerungsebene besteht aus folgenden Komponenten:

• etcd: Die etcd-Schlüsselwertdatenbank speichert Konfigurationsinformationen und Clusterstatusdaten. Stellen Sie sicher, dass etcd über eine aktivierte Verschlüsselung verfügt, dass die Kommunikation auf den API-Server beschränkt ist, es sei denn, dies ist unbedingt erforderlich, und dass Clients eine zertifikatbasierte Authentifizierung verwenden.
• kube-controller-manager: Der Controller-Manager-Daemon führt Cluster aus und steuert deren Funktionen. Die Sicherung des Controller Managers umfasst die Beschränkung des Netzwerkzugriffs, die Implementierung von TLS für den gesamten API Datenverkehr, die Begrenzung der Ressourcennutzung im Cluster und die Minimierung der von Containern verwendeten Berechtigungen.
• kube-scheduler: Der Scheduler verwaltet und provisioniert neue Container. Zu den Sicherheitsmaßnahmen gehören die Deaktivierung der Profiling-Funktion, um die Angriffsfläche zu verringern, und die Überprüfung, ob die IP-Adresse des Schedulers nicht an eine unsichere IP-Adresse gebunden ist.
• kube-apiserver: Der API-Server fungiert als Frontend und verarbeitet interne und externe Anfragen. Kurz gesagt, sichern Sie den API Server, indem Sie den Zugriff durch externe IPS einschränken, starke Authentifizierungsmechanismen erzwingen und TLS-Verschlüsselung anwenden. Weitere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt „Absicherung der Kubernetes-API“ weiter unten.

Sichern Sie den Kubernetes-API-Server

Externe Benutzer greifen über die API auf die Kubernetes-Steuerungsebene zu, daher ist es von größter Wichtigkeit, deren Sicherheit zu gewährleisten und den Zugriff auf nicht autorisierte Benutzer zu beschränken.

Um die Kubernetes-API abzusichern, sollten Sie zunächst die an den Server gerichteten Anfragen regulieren, um sicherzustellen, dass unautorisierte API-Anfragen keinen Zugriff auf den Cluster erhalten. Erwägen Sie die Verwendung von Drittanbieter-Authentifizierungsanbietern, die eine mehrstufige Authentifizierung (MFA) ermöglichen. Verwenden Sie OAuth 2.0-Konnektoren oder OpenID Connect (OIDC)-Anbieter, um den Clusterzugriff zu sichern.

Beschränken Sie den Zugriff auf das öffentliche Netzwerk und implementieren Sie eine Transport Layer Security (TLS)-Verschlüsselung für Daten, die über den API -Server übertragen werden. Prüfen Sie außerdem, ob der Kubernetes-Datenspeicher etcd, der direkt mit dem API-Server kommuniziert, selbst angemessen gesichert ist.

Image Security Scanning

Bilder bilden die Grundlage für die erstellten Cluster und Gruppen. Diese Images müssen regelmäßig auf Sicherheitslücken überprüft werden, um sicherzustellen, dass aus den Images erstellte Container die Sicherheitslücken des Images nicht erben.

Bildscanning-Tools können verwendet werden, um Schwachstellen im Basisbild, auf dem Container aufgebaut sind, und Anwendungen für in Containerbildern enthaltene Bibliotheken zu identifizieren. Dies geschieht durch Scannen des Basis-Images und aller Pakete mit einer Schwachstelle-Datenbank.

Um Manipulationen zu verhindern, muss der Zugriff auf Bildregister eingeschränkt werden. Scannen Sie alle Bilder während der gesamten CI/CD-Pipeline (Continuous Integration/Continuous Provisioning) . Die Integration von Scans in die CI/CD-Pipeline trägt dazu bei, sicherzustellen, dass Container ordnungsgemäß konfiguriert, aktualisiert und frei von Malware sind.

Geheimnisse und Kommunikation verschlüsseln

Geheimnisse sind eine Form sensibler Informationen. In Kubernetes sind die häufigsten Geheimnisse typischerweise Passwörter, OAuth-Token, SSH-Schlüssel oder andere Anmeldeinformationen. Geheimnisse, die im Klartext gespeichert sind – in YAML-Konfigurationsdateien, Container-Images oder in Dokumenten auf Containern – stellen ein kritisches Risiko dar und gefährden die Sicherheit des gesamten Clusters.

Kubernetes bietet ein integriertes Objekt, das Kubernetes Secret, um diese Daten sicher zu speichern. Mithilfe von Secret-Objekten können Administratoren vertrauliche Informationen vom Anwendungscode trennen.

Da Kubernetes Secrets vertrauliche Informationen verarbeiten, sind sie häufig Ziel von Hackerangriffen. Geheimnisse müssen im Ruhezustand verschlüsselt werden, und der Zugriff darauf sollte auf die Komponenten und Benutzer beschränkt sein, die sie benötigen. Implementieren Sie Verfahren oder Systeme zur geheimen Überprüfung, um versehentliche Offenlegung von Geheimnissen zu erkennen und zu beheben.

Begrenzung der Knotenexposition

Kubernetes-Knoten lassen sich in zwei Haupttypen unterteilen: Master-Knoten und Worker-Knoten. Auf den Master-Knoten laufen die grundlegenden Cluster-Dienste, darunter der API Server, der Scheduler, der Controller und der etcd-Datenspeicher. Die Worker-Knoten führen die Anwendung innerhalb des Clusters aus.

Kubernetes-Cluster bestehen aus Knoten, auf denen entweder Linux- oder Windows-Betriebssysteme (OS) ausgeführt werden. Viele Härtungstechniken, die im Allgemeinen zur Härtung dieser Betriebssysteme angewendet werden, sind auch im Kontext von Kubernetes -Knoten gültig:

• Installieren Sie nur die Anwendungen und Bibliotheken, die für den ordnungsgemäßen Betrieb des Clusters erforderlich sind, und nichts anderes.
• Beschränken Sie den Zugriff auf administrative / Root-Konten und verwenden Sie diese nur, wenn dies unbedingt erforderlich ist.
• Setzen Sie Echtzeit-Überwachungstools ein, um laufende Sicherheitsverletzungen zu erkennen.
• Linux-Knoten können mit Tools wie SELinux oder AppArmor gehärtet werden.

Darüber hinaus stellt das Center for Internet Security (CIS) eine Reihe von Sicherheitsbenchmarks für Master- und Worker-Knoten bereit. Mithilfe eines Tools wie Kube-bench können Administratoren ihre Cluster scannen und sie anhand von CIS-Benchmarks bewerten. Diese Scans liefern üblicherweise Empfehlungen zur Behebung von Konfigurationen, die nicht den Best Practices von CIS entsprechen.

Überwachungsprotokolle aktivieren

Audit-Logs sind wichtig für die Aufrechterhaltung des Betriebs und der Sicherheit. Diese Protokolle liefern wertvolle Einblicke in die Clusteraktivität und ermöglichen die schnelle Erkennung von Anomalien. Obwohl Kubernetes über integrierte Funktionen zur Überwachung der Protokollierung verfügt, sind diese nicht standardmäßig aktiviert. Nach der Aktivierung werden alle Aktionen im Cluster protokolliert.

Cluster-Administratoren müssen eine Überwachungsrichtlinie konfigurieren, die die zu protokollierenden Ereignisse definiert, sowie externe Tools für die Speicherung, Verwaltung und Analyse dieser Protokolle. Dadurch wird sichergestellt, dass Sicherheitsprobleme schnell erkannt werden und gleichzeitig die für die Reaktion auf Sicherheitsvorfälle (Incident Response Teams, IR) erforderlichen Informationen zur Untersuchung auftretender Sicherheitsverletzungen bereitgestellt werden.

Workloads mit minimalen Berechtigungen ausführen

Kubernetes-Workloads können komplex sein und sind schwer angemessen abzusichern. Die Arbeitslasten sind dynamisch und wechseln zwischen lokalen und Cloud-Umgebungen, die jeweils über eigene Netzwerksicherheitskontrollen verfügen. Darüber hinaus werden durch automatisierte CI/CD-Prozesse häufig neue Dienste oder neue Versionen auf Clusterknoten bereitgestellt, was die Komplexität erhöht.

Generell sollten Administratoren Workloads niemals vertrauen. Wenden Sie differenzierte Sicherheitsrichtlinien an, um die Kommunikation zwischen Workloads und Anwendungen Dritter einzuschränken. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer seitlichen Ausbreitung von Bedrohungen verringert und die Einhaltung der Vorschriften wird erleichtert.

Netzwerksicherheitsdefinitionen sollten in Workloads integriert werden, um ihre Portabilität über Kubernetes -Distributionen und Rechenzentren hinweg zu gewährleisten. Auf diese Weise werden die Sicherheitsdefinitionen überall dort mitgeführt, wo die Arbeitslast ausgeführt wird.

Konfigurieren Sie abschließend die Perimeter-Sicherheitstools so, dass sie die von den Workloads verwendeten IP-Adressen und Ports kontinuierlich überwachen, um verdächtiges Verhalten in Echtzeit zu erkennen.