SPIRE

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SPIRE 是 SPIFFE 规范的一个可用于生产环境的实现，它执行节点和工作负载的认证，以便在异构环境中安全地为运行的工作负载颁发加密身份。通过与 Envoy 的 SDS API 集成，可以将 SPIRE 配置为 Istio 工作负载的加密身份源。Istio 可以检测到实现了 Envoy SDS API 的 UNIX 域套接字的存在，并允许 Envoy 直接从其中通信并获取身份。

与默认的 Istio 身份管理相比，与 SPIRE 的集成提供了灵活的认证选项。例如，SPIRE 的插件架构使您可以选择 Kubernetes 命名空间和服务账户认证之外的多样化工作负载认证选项。SPIRE 的节点认证将认证扩展到工作负载所运行的物理或虚拟硬件上。

要了解关于如何将 SPIRE 与 Istio 集成的快速演示，请参阅通过 Envoy 的 SDS API 将 SPIRE 集成为 CA。

此集成与 Istio 升级兼容。

安装 SPIRE

选项 1：快速开始

Istio 提供了一个基本的示例安装，可以快速启动 SPIRE：

$ kubectl apply -f @samples/security/spire/spire-quickstart.yaml@

这将在您的集群中部署 SPIRE，以及下述两个附加组件：

SPIFFE CSI 驱动，用于与节点中的其他 Pod 共享 SPIRE 代理的 UNIX 域套接字。
SPIRE Controller Manager，它负责注册工作负载并在 Kubernetes 中建立联合关系。请参阅安装 Istio 以配置 Istio 并集成 SPIFFE CSI 驱动。

选项 2：配置自定义 SPIRE 安装

请参阅 SPIRE 的 Kubernetes 快速入门指南以开始将 SPIRE 部署到您的 Kubernetes 环境中。请参阅 SPIRE CA 集成先决条件以获取有关如何配置 SPIRE 以与 Istio 部署集成的更多信息。

SPIRE CA 集成先决条件

要将您的 SPIRE 部署与 Istio 集成，需要配置 SPIRE：

访问 SPIRE 代理参考并将 SPIRE 代理套接字路径配置为与 Envoy SDS 定义的套接字路径匹配。
```
socket_path = "/run/secrets/workload-spiffe-uds/socket"
```
通过部署 SPIFFE CSI 驱动与节点内的 Pod 共享 SPIRE 代理套接字，通过设置驱动程序的 -workload-api-socket-dir 参数来指定套接字目录的挂载位置。

请参阅安装 Istio 以配置 Istio 以集成 SPIFFE CSI 驱动。

安装 Istio

选项 1：使用 SPIRE Controller Manager 配置工作负载注册

通过部署 SPIRE Controller Manager 和 SPIRE 服务器，可以自动为与 ClusterSPIFFEID 自定义资源中定义的选择器匹配的每个新 Pod 进行注册。

必须在安装 Istio 之前应用 ClusterSPIFFEID。此外，必须配置 Ingress-gateway Pod 以匹配 ClusterSPIFFEID 中定义的选择器。如果在安装期间未自动创建 Ingress Gateway 工作负载的注册条目，则工作负载将无法达到 Ready 状态。

创建 ClusterSPIFFEID 示例：

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: spire.spiffe.io/v1alpha1
kind: ClusterSPIFFEID
metadata:
  name: example
spec:
  spiffeIDTemplate: "spiffe://{{ .TrustDomain }}/ns/{{ .PodMeta.Namespace }}/sa/{{ .PodSpec.ServiceAccountName }}"
  podSelector:
    matchLabels:
      spiffe.io/spire-managed-identity: "true"
EOF

示例 ClusterSPIFFEID 允许自动注册所有具有 spiffe.io/spire-managed-identity: "true" 标签的工作负载。对于具有此标签的 Pod，将提取 spiffeIDTemplate 中指定的值以形成 SPIFFE ID。

下载 Istio。

创建具有自定义补丁的 Ingress Gateway 和 istio-proxy 的 Istio 配置。Ingress Gateway 组件包括 spiffe.io/spire-managed-identity: "true" 标签。

$ cat <<EOF > ./istio.yaml
apiVersion: install.istio.io/v1alpha1
kind: IstioOperator
metadata:
  namespace: istio-system
spec:
  profile: default
  meshConfig:
    trustDomain: example.org
  values:
    global:
    # 这是用于自定义 sidecar 的模板
    sidecarInjectorWebhook:
      templates:
        spire: |
          spec:
            containers:
            - name: istio-proxy
              volumeMounts:
              - name: workload-socket
                mountPath: /run/secrets/workload-spiffe-uds
                readOnly: true
            volumes:
              - name: workload-socket
                csi:
                  driver: "csi.spiffe.io"
                  readOnly: true
  components:
    ingressGateways:
      - name: istio-ingressgateway
        enabled: true
        label:
          istio: ingressgateway
          spiffe.io/spire-managed-identity: "true"
        k8s:
          overlays:
            - apiVersion: apps/v1
              kind: Deployment
              name: istio-ingressgateway
              patches:
                - path: spec.template.spec.volumes.[name:workload-socket]
                  value:
                    name: workload-socket
                    csi:
                      driver: "csi.spiffe.io"
                      readOnly: true
                - path: spec.template.spec.containers.[name:istio-proxy].volumeMounts.[name:workload-socket]
                  value:
                    name: workload-socket
                    mountPath: "/run/secrets/workload-spiffe-uds"
                    readOnly: true
                - path: spec.template.spec.initContainers
                  value:
                    - name: wait-for-spire-socket
                      image: busybox:1.28
                      volumeMounts:
                        - name: workload-socket
                          mountPath: /run/secrets/workload-spiffe-uds
                          readOnly: true
                      env:
                        - name: CHECK_FILE
                          value: /run/secrets/workload-spiffe-uds/socket
                      command:
                        - sh
                        - "-c"
                        - |-
                          echo "$(date -Iseconds)" Waiting for: ${CHECK_FILE}
                          while [[ ! -e ${CHECK_FILE} ]] ; do
                            echo "$(date -Iseconds)" File does not exist: ${CHECK_FILE}
                            sleep 15
                          done
                          ls -l ${CHECK_FILE}
EOF

应用配置：

$ istioctl install --skip-confirmation -f ./istio.yaml

检查 Ingress-gateway Pod 状态：

$ kubectl get pods -n istio-system
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ingressgateway-5b45864fd4-lgrxs   1/1     Running   0          17s
istiod-989f54d9c-sg7sn                  1/1     Running   0          23s

由于与之对应的注册条目已在 SPIRE 服务器上自动创建，Ingress-gateway Pod 状态为 Ready。Envoy 能够从 SPIRE 获取加密身份。

请注意，在快速入门部分中使用了 SPIRE Controller Manager。

选项 2：手动工作负载注册

下载 Istio。

在部署 SPIRE 到您的环境并确保所有 Deployment 都处于 Ready 状态后，使用 Ingress-gateway 和 istio-proxy 的自定义补丁来配置 Istio。

创建 Istio 配置：

$ cat <<EOF > ./istio.yaml
apiVersion: install.istio.io/v1alpha1
kind: IstioOperator
metadata:
  namespace: istio-system
spec:
  profile: default
  meshConfig:
    trustDomain: example.org
  values:
    global:
    # 这是用于自定义 sidecar 的模板
    sidecarInjectorWebhook:
      templates:
        spire: |
          spec:
            containers:
            - name: istio-proxy
              volumeMounts:
              - name: workload-socket
                mountPath: /run/secrets/workload-spiffe-uds
                readOnly: true
            volumes:
              - name: workload-socket
                csi:
                  driver: "csi.spiffe.io"
                  readOnly: true
  components:
    ingressGateways:
      - name: istio-ingressgateway
        enabled: true
        label:
          istio: ingressgateway
        k8s:
          overlays:
            - apiVersion: apps/v1
              kind: Deployment
              name: istio-ingressgateway
              patches:
                - path: spec.template.spec.volumes.[name:workload-socket]
                  value:
                    name: workload-socket
                    csi:
                      driver: "csi.spiffe.io"
                      readOnly: true
                - path: spec.template.spec.containers.[name:istio-proxy].volumeMounts.[name:workload-socket]
                  value:
                    name: workload-socket
                    mountPath: "/run/secrets/workload-spiffe-uds"
                    readOnly: true
                - path: spec.template.spec.initContainers
                  value:
                    - name: wait-for-spire-socket
                      image: busybox:1.28
                      volumeMounts:
                        - name: workload-socket
                          mountPath: /run/secrets/workload-spiffe-uds
                          readOnly: true
                      env:
                        - name: CHECK_FILE
                          value: /run/secrets/workload-spiffe-uds/socket
                      command:
                        - sh
                        - "-c"
                        - |-
                          echo "$(date -Iseconds)" Waiting for: ${CHECK_FILE}
                          while [[ ! -e ${CHECK_FILE} ]] ; do
                            echo "$(date -Iseconds)" File does not exist: ${CHECK_FILE}
                            sleep 15
                          done
                          ls -l ${CHECK_FILE}
EOF

应用配置：

$ istioctl install --skip-confirmation -f ./istio.yaml

检查 Ingress-gateway Pod 状态：
```
$ kubectl get pods -n istio-system
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ingressgateway-5b45864fd4-lgrxs   0/1     Running   0          20s
istiod-989f54d9c-sg7sn                  1/1     Running   0          25s
```
只有在 SPIRE 服务器上为 Ingress-gateway Pod 和数据平面容器创建了相应的注册条目后，它们才会达到 Ready 状态。接着，Envoy 将能够从 SPIRE 中获取加密身份信息。请参阅注册工作负载以为您的网格中的服务注册条目。

Istio 配置与入口网关以及将要注入到工作负载 Pod 上的 Sidecar 共享 spiffe-csi-driver，从而使它们能够访问 SPIRE 代理的 UNIX 域套接字。

此配置还向网关添加了一个 initContainer，它将等待 SPIRE 创建 UNIX 域套接字，然后再启动 istio-proxy。如果 SPIRE 代理尚未准备好，或者尚未使用相同的套接字路径正确配置，Ingress 网关的 initContainer 将永远处于等待状态。

注册工作负载

本节描述了在SPIRE服务器中注册工作负载的可用选项。

选项1：使用 SPIRE 控制器管理器进行注册

将为与 ClusterSPIFFEID 自定义资源中定义的选择器匹配的每个新 Pod 自动注册新条目。请参阅使用 SPIRE 控制器管理器进行工作负载注册的配置以获取 ClusterSPIFFEID 示例配置。

部署示例工作负载：

$ istioctl kube-inject --filename @samples/security/spire/sleep-spire.yaml@ | kubectl apply -f -

除了需要 spiffe.io/spire-managed-identity 标签之外，工作负载还需要使用 SPIFFE CSI 驱动器卷来访问 SPIRE 代理套接字。为了实现这一点，您可以利用安装 Istio 部分中的 spire Pod 注解模板，或者将 CSI 卷添加到您的工作负载的部署规范中。这两种方法都在下面的示例片段中进行了突出显示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: sleep
spec:
  replicas: 1
  selector:
      matchLabels:
        app: sleep
  template:
      metadata:
        labels:
          app: sleep
          spiffe.io/spire-managed-identity: "true"
        # 注入自定义 Sidecar 模板
        annotations:
            inject.istio.io/templates: "sidecar,spire"
      spec:
        terminationGracePeriodSeconds: 0
        serviceAccountName: sleep
        containers:
        - name: sleep
          image: curlimages/curl
          command: ["/bin/sleep", "3650d"]
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
          securityContext:
            runAsUser: 1000
        volumes:
          - name: tmp
            emptyDir: {}
          # CSI volume
          - name: workload-socket
            csi:
              driver: "csi.spiffe.io"
              readOnly: true

请参阅验证为工作负载创建的身份以检查已颁发的身份。

请注意，在快速入门部分中使用了SPIRE控制器管理器。

选项 2：手动注册

为提高工作负载的认证安全性和稳健性，SPIRE 能够根据不同参数的一组选择器值来进行验证。如果您是参照快速入门中的步骤来安装 SPIRE，则可以跳过这些步骤，因为 SPIRE 使用自动注册的机制。

使用一组选择器为 Ingress Gateway 生成条目，例如 Pod 名称和 Pod UID：

$ INGRESS_POD=$(kubectl get pod -l istio=ingressgateway -n istio-system -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
$ INGRESS_POD_UID=$(kubectl get pods -n istio-system "$INGRESS_POD" -o jsonpath='{.metadata.uid}')

获取 spire-server Pod：

$ SPIRE_SERVER_POD=$(kubectl get pod -l app=spire-server -n spire -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")

为节点上运行的 SPIRE 代理注册一个条目：

$ kubectl exec -n spire "$SPIRE_SERVER_POD" -- \
/opt/spire/bin/spire-server entry create \
    -spiffeID spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent \
    -selector k8s_psat:cluster:demo-cluster \
    -selector k8s_psat:agent_ns:spire \
    -selector k8s_psat:agent_sa:spire-agent \
    -node -socketPath /run/spire/sockets/server.sock

Entry ID         : d38c88d0-7d7a-4957-933c-361a0a3b039c
SPIFFE ID        : spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent
Parent ID        : spiffe://example.org/spire/server
Revision         : 0
TTL              : default
Selector         : k8s_psat:agent_ns:spire
Selector         : k8s_psat:agent_sa:spire-agent
Selector         : k8s_psat:cluster:demo-cluster

为 Ingress-gateway Pod 注册一个条目：

$ kubectl exec -n spire "$SPIRE_SERVER_POD" -- \
/opt/spire/bin/spire-server entry create \
    -spiffeID spiffe://example.org/ns/istio-system/sa/istio-ingressgateway-service-account \
    -parentID spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent \
    -selector k8s:sa:istio-ingressgateway-service-account \
    -selector k8s:ns:istio-system \
    -selector k8s:pod-uid:"$INGRESS_POD_UID" \
    -dns "$INGRESS_POD" \
    -dns istio-ingressgateway.istio-system.svc \
    -socketPath /run/spire/sockets/server.sock

Entry ID         : 6f2fe370-5261-4361-ac36-10aae8d91ff7
SPIFFE ID        : spiffe://example.org/ns/istio-system/sa/istio-ingressgateway-service-account
Parent ID        : spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent
Revision         : 0
TTL              : default
Selector         : k8s:ns:istio-system
Selector         : k8s:pod-uid:63c2bbf5-a8b1-4b1f-ad64-f62ad2a69807
Selector         : k8s:sa:istio-ingressgateway-service-account
DNS name         : istio-ingressgateway.istio-system.svc
DNS name         : istio-ingressgateway-5b45864fd4-lgrxs

部署示例工作负载：

$ istioctl kube-inject --filename @samples/security/spire/sleep-spire.yaml@ | kubectl apply -f -

请注意，工作负载需要使用 SPIFFE CSI 驱动器卷来访问 SPIRE 代理套接字。为了实现这一点，您可以使用安装 Istio 部分中的 spire Pod 注解模板，或者将 CSI 卷添加到您的工作负载的部署规范中。这两种方法都在下面的示例片段中进行了突出显示：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: sleep
spec:
  replicas: 1
  selector:
      matchLabels:
        app: sleep
  template:
      metadata:
        labels:
          app: sleep
        # 注入自定义 Sidecar 模板
        annotations:
            inject.istio.io/templates: "sidecar,spire"
      spec:
        terminationGracePeriodSeconds: 0
        serviceAccountName: sleep
        containers:
        - name: sleep
          image: curlimages/curl
          command: ["/bin/sleep", "3650d"]
          imagePullPolicy: IfNotPresent
          volumeMounts:
            - name: tmp
              mountPath: /tmp
          securityContext:
            runAsUser: 1000
        volumes:
          - name: tmp
            emptyDir: {}
          # CSI volume
          - name: workload-socket
            csi:
              driver: "csi.spiffe.io"
              readOnly: true

获取 Pod 信息：

$ SLEEP_POD=$(kubectl get pod -l app=sleep -o jsonpath="{.items[0].metadata.name}")
$ SLEEP_POD_UID=$(kubectl get pods "$SLEEP_POD" -o jsonpath='{.metadata.uid}')

注册工作负载：

$ kubectl exec -n spire "$SPIRE_SERVER_POD" -- \
/opt/spire/bin/spire-server entry create \
    -spiffeID spiffe://example.org/ns/default/sa/sleep \
    -parentID spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent \
    -selector k8s:ns:default \
    -selector k8s:pod-uid:"$SLEEP_POD_UID" \
    -dns "$SLEEP_POD" \
    -socketPath /run/spire/sockets/server.sock

请参阅 SPIRE 注册工作负载的帮助文档，了解如何为工作负载创建新条目，并使用多个选择器进行认证以加强认证标准。

验证工作负载的身份是否已创建

请使用以下命令确认是否已为工作负载创建了身份：

$ kubectl exec -t "$SPIRE_SERVER_POD" -n spire -c spire-server -- ./bin/spire-server entry show
Found 2 entries
Entry ID         : c8dfccdc-9762-4762-80d3-5434e5388ae7
SPIFFE ID        : spiffe://example.org/ns/istio-system/sa/istio-ingressgateway-service-account
Parent ID        : spiffe://example.org/spire/agent/k8s_psat/demo-cluster/bea19580-ae04-4679-a22e-472e18ca4687
Revision         : 0
X509-SVID TTL    : default
JWT-SVID TTL     : default
Selector         : k8s:pod-uid:88b71387-4641-4d9c-9a89-989c88f7509d

Entry ID         : af7b53dc-4cc9-40d3-aaeb-08abbddd8e54
SPIFFE ID        : spiffe://example.org/ns/default/sa/sleep
Parent ID        : spiffe://example.org/spire/agent/k8s_psat/demo-cluster/bea19580-ae04-4679-a22e-472e18ca4687
Revision         : 0
X509-SVID TTL    : default
JWT-SVID TTL     : default
Selector         : k8s:pod-uid:ee490447-e502-46bd-8532-5a746b0871d6

检查 Ingress-gateway Pod 状态：

$ kubectl get pods -n istio-system
NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ingressgateway-5b45864fd4-lgrxs   1/1     Running   0          60s
istiod-989f54d9c-sg7sn                  1/1     Running   0          45s

在为入口网关 pod 注册条目后，Envoy 将收到 SPIRE 颁发的身份并将其用于所有 TLS 和 mTLS 通信。

检查工作负载身份是否由 SPIRE 颁发

使用 istioctl proxy-config secret 命令检索 sleep 的 SVID 身份文档：

$ istioctl proxy-config secret "$SLEEP_POD" -o json | jq -r \
'.dynamicActiveSecrets[0].secret.tlsCertificate.certificateChain.inlineBytes' | base64 --decode > chain.pem

检查证书并确认 SPIRE 是颁发者：

$ openssl x509 -in chain.pem -text | grep SPIRE
    Subject: C = US, O = SPIRE, CN = sleep-5f4d47c948-njvpk

SPIFFE 联邦

SPIRE 服务器能够对来自不同信任域的 SPIFFE 身份进行认证，这被称为 SPIFFE 联邦。

可以配置 SPIRE 代理通过 Envoy SDS API 向 Envoy 推送联邦捆绑包，从而使 Envoy 能够使用验证上下文来验证对等证书并信任来自另一个信任域的工作负载。要使 Istio 能够通过 SPIRE 集成实现 SPIFFE 身份联合，请参阅 SPIRE 代理 SDS 配置，并为您的 SPIRE 代理配置文件设置以下 SDS 配置值。

配置	描述	资源名称
`default_svid_name`	用于 Envoy SDS 的默认 `X509-SVID` 的 TLS 证书资源名称	默认
`default_bundle_name`	用于 Envoy SDS 的默认 X.509 bundle 的验证上下文资源名称	空
`default_all_bundles_name`	用于 Envoy SDS 的所有 bundle（包括联邦的）的验证上下文资源名称	ROOTCA

这将允许 Envoy 直接从 SPIRE 获取联邦 bundle。

创建联邦注册条目

如果使用 SPIRE Controller Manager，请通过将 ClusterSPIFFEID CR 的 federatesWith 字段设置为您希望 Pod 与之联邦的信任域来为工作负载创建联邦条目：

apiVersion: spire.spiffe.io/v1alpha1
kind: ClusterSPIFFEID
metadata:
  name: federation
spec:
  spiffeIDTemplate: "spiffe://{{ .TrustDomain }}/ns/{{ .PodMeta.Namespace }}/sa/{{ .PodSpec.ServiceAccountName }}"
  podSelector:
    matchLabels:
      spiffe.io/spire-managed-identity: "true"
  federatesWith: ["example.io", "example.ai"]

要进行手动注册，请参阅为联邦创建注册条目。

清理 SPIRE

如果您是通过 Istio 提供的快速入门 SPIRE 部署安装的 SPIRE，请使用以下命令来删除这些 Kubernetes 资源：

$ kubectl delete CustomResourceDefinition clusterspiffeids.spire.spiffe.io
$ kubectl delete CustomResourceDefinition clusterfederatedtrustdomains.spire.spiffe.io
$ kubectl delete -n spire configmap spire-bundle
$ kubectl delete -n spire serviceaccount spire-agent
$ kubectl delete -n spire configmap spire-agent
$ kubectl delete -n spire daemonset spire-agent
$ kubectl delete csidriver csi.spiffe.io
$ kubectl delete ValidatingWebhookConfiguration spire-controller-manager-webhook
$ kubectl delete -n spire configmap spire-controller-manager-config
$ kubectl delete -n spire configmap spire-server
$ kubectl delete -n spire service spire-controller-manager-webhook-service
$ kubectl delete -n spire service spire-server-bundle-endpoint
$ kubectl delete -n spire service spire-server
$ kubectl delete -n spire serviceaccount spire-server
$ kubectl delete -n spire deployment spire-server
$ kubectl delete clusterrole spire-server-cluster-role spire-agent-cluster-role manager-role
$ kubectl delete clusterrolebinding spire-server-cluster-role-binding spire-agent-cluster-role-binding manager-role-binding
$ kubectl delete -n spire role spire-server-role leader-election-role
$ kubectl delete -n spire rolebinding spire-server-role-binding leader-election-role-binding
$ kubectl delete namespace spire
$ rm istio.yaml chain.pem