Docker与高安全性的微服务:总结Aaron Grattafiori于DockerCon 2016的发言

2016-08-19 09:46:00
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Aaron Grattafiori在美国西雅图举办的 DockerCon 2016上发表了“ 金色门票:Docker与高安全性的微服务”的演讲。其中主要对运行基于容器的安全微服务方案建议:启用用户命名空间、配置应用特定的AppArmor、SELinux及seccomp白名单、加固宿主系统(包括运行一个满足要求的最小操作系统)、限制宿主机的访问以及考虑加入网络安全策略。


身为NCC Group的技术负责人以及《 理解及加固Linux容器(PDF)》的作者,Grattafiori以 全面防御原则的介绍开启了他的演讲,这个原则是由分层的防御措施,并通过减少攻击面,加固剩余的攻击面组成。虽然微服务会增加系统架构的总体复杂度(特别是针对伸缩性方面),但相对一个典型的整体应用,微服务对避免单点安全故障是有一定优势的。


最小权限原则对于系统安全极为重要,比如避免使用root权限运行应用。一个整体的应用往往使用单一的流程来提供大部分的功能,这使得它很难应用这个原则。 最小意外原则——“合理的默认值,基于信任的隔离”——以及 最小访问原则也对全面防御起着至关重要的作用。Grattafiori指出这些原则的共同点是“最小”,这能防止过度性和复杂性,并能让系统构筑师:

1.建立信任边界
2.识别、最小化及加固攻击面
3.降低作用域和访问权限
4.分层的保护与防御


整体应用安全(AppSec)的好处包括其构建和维护的易于理解及“已知的已知”。这种架构往往相对简单,并且在开发、业务、合规等过程中通常有着根深蒂固的现有习惯(及相关责任分工)。整体应用安全的劣势包括向单点的妥协,往往也意味着对整个应用及网络的妥协、全局的认证需求以及安全机制往往很难协调。


微服务应用安全的好处包括:广为接受的Unix 单一职责原则、普遍减少的公开暴露的攻击面、服务可以被单独打补丁、应用(和相关的运行时容器)更方便地应用最小权限和适应服务特性的安全机制,并且这通常可以更方便地建立 可信计算基(TCB)。相应地,劣势包含:微服务安全是一种“已知的未知”,成功的维护会需要习惯上的改变(如 DevOpsDevOpsSec)、需要对整个系统的功能有一个很好的理解、遗留项目很难适用、复杂性(伸缩性方面)所带来的不安全。


Grattafiori接下来深入分析了微服务系统各个区域的安全影响,首先是在网络安全方面。虽然大部分软件系统在 OSI模型7层(应用层)提供身份认证,这点常被争论为只能提供有限的优势,最好是通过在4/5层的 TLS来实现,如果需要额外的网络安全那么可以实现3层的 IPSEC


许多组织使用Linux容器如 DockerrktLXC来包装微服务,这两者之间在安全方面有明显的相似之处:


减少应用和容器的 威胁模型攻击树很有必要。这包括通过利用防御性代码和容器安全(如 能力(capabilities)用户命名空间、只读根文件目录(rootfs)、不可变文件、mount标记(mount flags)和 强制访问控制(MAC))来限制由应用弱点所造成的危害。


容器逃逸所造成的伤害可以被用户命名空间限制,它可以让容器中的root用户对应到容器外的非root(uid-0)用户。虽然Docker守护进程支持 Docker 1.10用户命名空间,但是默认是没有开启的。 seccomp、kernel加固和MAC可以限制kernel和 syscall的调用。受限的kernel或主机操作所造成的破坏能进一步被网络加固、信任隔离、最低权限、最小访问、日志和报警所限制。


Grattafiori表示容器安全始于宿主机的操作系统,并极力推荐使用最小的Linux发行版如 CoreOSalpine LinuxProject AtomicRancherOS。对操作员来说理解发行版如何升级、二进制包编译、默认安全配置(如MAC)和默认kernel参数及sysctl配置也是非常重要的。


容器镜像也应该保持最小化,典型的如“FROM debian:jessie”或“FROM debian:wheezy”来创建镜像。然而这可能还不够小,就算在用apt-get安装应用所需软件之前,已有许多应用用不到的类库、可执行文件和语言文件,这意味着更多的补丁、更多的磁盘空间、更多的攻击面以及更多的攻击方法。


演讲中演示了使用Docker和 runC来构建最小容器的例子,以及几个使用scratch容器来运行静态编译的二进制程序(如Golang构建的应用)。


Grattafiori强烈建议使用 强制访问控制(MAC),从操作系统角度应用最小访问原则。MAC引用一种操作系统限制主体(特别是进程或线程)访问或操作对象(如文件、TCP/UDP端口、共享内存段)的访问控制。MAC作为一种Linux安全组件(LSM)是由 AppArmorSELinux(还推荐使用 grsecurity,它内部包含了一套MAC解决方案,是一组强调安全增强的Linux kernel补丁)实现的。在Mac OSX上MAC通过 TrustedBSD实现,微软平台有 强制完整性控制(MIC)


默认的Docker AppArmor策略已经非常好了,但是鉴于这个策略是通用的,它一定包含了大量的文件、权限授权和复杂性。微服务更适合使用自定义安全描述文件的实践。基于Docker的应用的自定义AppArmor的描述文件可以通过 aa-genprofJessie Frazelle的Bane项目来生成。然而这需要分析目标应用(因为需要理解和使用这个应用)、常见错误如提供过多权限、通配符的使用和基于路径的访问控制列表(ACLs)。


Grattafiori提醒应该避免使用AppArmor的拒绝列表(黑名单),因为它们只能提供有限的值。其他的易混淆的地方包括描述文件必须先被AppArmor加载,在描述文件中太过大量地运用抽象,这导致很难在生产环境中充分验证所有的功能是有效的(虽然单元测试和回归测试会有帮助)。


虽然MAC很有价值,但是它还是无法避免 kernel攻击,不巧kernel攻击的攻击面是巨大的。“ 安全计算模式(seccomp)”是一个计算机安全设备,它在Linux kernel提供应用的沙箱机制(虽然seccomp本质上 不是沙箱)。seccomp允许进程单向转变进入“安全”态,在其中只能对已经打开的文件描述符使用exit、sigreturn、read、write这些系统调用。如果它尝试其他的系统调用,kernel会使用 SIGKILL终止进程。 seccomp-bpf是seccomp的一个扩展,它使用 伯克利封包过滤器允许使用一个配置的策略来过滤系统调用。


Docker引擎1.10后seccomp默认过滤器默认启用,但是由于通用需求,内部启用了304个系统调用(占所有系统调用大约75%)。最小权限原则建议微服务应用只应该拥有最小的系统调用集,相应地可以创建自定义描述文件。创建seccomp描述文件的方法包括 strace/ltrace、kernel帮助( sysdigsystemtap)、 auditd/auditctl或seccomp自己通过SECCOMP_RET_TRACE和PTRACE_O_TRACESECCOMP。在Docker中可以通过使用“--security-opt seccomp=<profile>”标记来指定自定义的seccomp描述文件。Grattafiori强调seccomp配置文件是对架构依赖的,所以会限制移植性。


Grattafiori开始总结演讲时,陈述了运行安全的基于Docker的微服务的高层次建议:

  • 启用用户命名空间
  • 尽可能地使用应用特定的AppArmor或SELinux
  • 尽可能地使用应用特定的seccomp白名单
  • 加固宿主机系统
  • 限制宿主机访问权限
  • 考虑使用网络安全策略
  • 使用不可变的容器

管理构建和运行时秘钥(secrets)的问题可以通过临时绑定mount来进行临时秘钥注入,再加载秘钥到内存,然后unmount;或者理想地使用开源秘钥管理工具如 HashiCorp VaultSquare Keywhiz。秘钥不应该通过环境变量或普通文件注入,因为这很容易导致秘钥泄露到容器层、日志或错误报告中。


最后的安全建议包括创建一个安全规格书、生成应用特定和全局的威胁模型、确保任何应用/服务的安全性、确保协调框架和相关服务发现的安全性。

如果应用自身是脆弱的,那么容器和微服务也无能为力

微服务的日志和可计量也很重要,日志应该被统一收集保存,并定期复审。如果把安全融入到软件的开发周期,同时使用 OWASP的ZAPbdd-securityBrakemangauntlt等工具将核实的过程作为标准构建链的一环,这样就更容易达成安全性目标了。


Grattafiori在DockerCon的视频“ 金色门票:Docker与高安全性的微服务”可以在YouTube的会议频道找到,幻灯片可以在 Docker的SlideShare账号找到。Grattafiori也是NCC Group白皮书《 理解及加固Linux容器(PDF)》的作者,这本书对每个正要详细理解容器安全的人是必不可少的。

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