认证策略

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本任务涵盖了您在启用、配置和使用 Istio 认证策略时可能需要做的主要工作。更多基本概念介绍请查看认证总览。

开始之前

理解 Istio 认证策略和双向 TLS 认证相关概念。
参照安装步骤，使用 default 配置模板在 Kubernetes 集群中安装 Istio。

$ istioctl install --set profile=default

设置

本例中我们将在 foo 和 bar 命名空间下各自创建带有 Envoy 代理（Sidecar）的 httpbin 和 curl 服务。我还将在 legacy 命名空间下创建不带 Envoy 代理（Sidecar）的 httpbin 和 curl 服务。如果您希望使用相同的示例来完成这些任务，请执行如下命令：

$ kubectl create ns foo
$ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f @samples/httpbin/httpbin.yaml@) -n foo
$ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f @samples/curl/curl.yaml@) -n foo
$ kubectl create ns bar
$ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f @samples/httpbin/httpbin.yaml@) -n bar
$ kubectl apply -f <(istioctl kube-inject -f @samples/curl/curl.yaml@) -n bar
$ kubectl create ns legacy
$ kubectl apply -f @samples/httpbin/httpbin.yaml@ -n legacy
$ kubectl apply -f @samples/curl/curl.yaml@ -n legacy

现在您可以在 foo、bar 或 legacy 三个命名空间下的任意 curl Pod 中使用 curl 向 httpbin.foo、httpbin.bar 或 httpbin.legacy 发送 HTTP 请求来验证部署结果。所有请求都应该成功并返回 HTTP 200。

例如，检查 curl.bar 到 httpbin.foo 可达性的指令如下：

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n bar -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n bar -- curl http://httpbin.foo:8000/ip -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

您也可以使用一行指令检查所有可能的组合：

$ for from in "foo" "bar" "legacy"; do for to in "foo" "bar" "legacy"; do kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n ${from} -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n ${from} -- curl -s "http://httpbin.${to}:8000/ip" -s -o /dev/null -w "curl.${from} to httpbin.${to}: %{http_code}\n"; done; done
curl.foo to httpbin.foo: 200
curl.foo to httpbin.bar: 200
curl.foo to httpbin.legacy: 200
curl.bar to httpbin.foo: 200
curl.bar to httpbin.bar: 200
curl.bar to httpbin.legacy: 200
curl.legacy to httpbin.foo: 200
curl.legacy to httpbin.bar: 200
curl.legacy to httpbin.legacy: 200

使用以下指令确认系统中没有对等认证策略：

$ kubectl get peerauthentication --all-namespaces
No resources found

最后同样重要的是，确认示例服务没有应用目标规则（destination rule）。您可以检查现有目标规则中的 host: 值并确保它们不匹配。例如：

$ kubectl get destinationrules.networking.istio.io --all-namespaces -o yaml | grep "host:"

自动双向 TLS

默认情况下，Istio 会跟踪迁移到 Istio 代理的服务器工作负载，并配置客户端代理将双向 TLS 流量自动发送到这些工作负载，并将明文流量发送到没有 Sidecar 的工作负载。

因此，具有代理的工作负载之间的所有流量即可启用双向 TLS，您无需做额外操作。例如，您无需检查请求 httpbin/header 的响应。当使用双向 TLS 时，代理会将 X-Forwarded-Client-Cert 标头注入到后端的上游请求。这个标头的存在就是启用双向 TLS 的证据。例如：

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n foo -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n foo -- curl -s http://httpbin.foo:8000/headers -s | jq '.headers["X-Forwarded-Client-Cert"][0]' | sed 's/Hash=[a-z0-9]*;/Hash=<redacted>;/'
  "By=spiffe://cluster.local/ns/foo/sa/httpbin;Hash=<redacted>;Subject=\"\";URI=spiffe://cluster.local/ns/foo/sa/curl"

当服务器没有 Sidecar 时，X-Forwarded-Client-Cert 标头将不会存在，这意味着请求是明文的。

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n foo -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n foo -- curl http://httpbin.legacy:8000/headers -s | grep X-Forwarded-Client-Cert

全局以 STRICT 模式启用 Istio 双向 TLS

当 Istio 自动将代理和工作负载之间的所有流量升级到双向 TLS 时，工作负载仍然可以接收明文流量。为了阻止整个网格的服务以非双向 TLS 通信，您需要将整个网格的对等认证策略设置为 STRICT 模式。作用域为整个网格范围的对等认证策略不应设置 selector，这种认证策略必须应用于根命名空间，例如：

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: "default"
  namespace: "istio-system"
spec:
  mtls:
    mode: STRICT
EOF

这个对等认证策略将工作负载配置为仅接受使用 TLS 加密的请求。由于未对 selector 字段指定值，因此该策略适用于网格中的所有工作负载。

再次运行测试指令：

$ for from in "foo" "bar" "legacy"; do for to in "foo" "bar" "legacy"; do kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n ${from} -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n ${from} -- curl "http://httpbin.${to}:8000/ip" -s -o /dev/null -w "curl.${from} to httpbin.${to}: %{http_code}\n"; done; done
curl.foo to httpbin.foo: 200
curl.foo to httpbin.bar: 200
curl.foo to httpbin.legacy: 200
curl.bar to httpbin.foo: 200
curl.bar to httpbin.bar: 200
curl.bar to httpbin.legacy: 200
curl.legacy to httpbin.foo: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.bar: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.legacy: 200

您会发现除了从没有 Sidecar 的服务（curl.legacy）到有 Sidecar 的服务（httpbin.foo 或 httpbin.bar）的请求外，其他请求依然是成功的。这是符合预期的结果，因为现在严格要求使用双向 TLS，但没有 Sidecar 的工作负载无法满足这一要求。

清理第 1 部分

删除在会话中添加的全局认证策略：

$ kubectl delete peerauthentication -n istio-system default

为每个命名空间或者工作负载启用双向 TLS

命名空间级别策略

如果要为特定命名空间内的所有工作负载更改双向 TLS，请使用命名空间级别策略。该策略的规范与整个网格级别的规范相同，但是您可以在 metadata 字段指定命名空间的名称。例如，以下对等认证策略在 foo 命名空间上启用了严格的双向 TLS：

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: "default"
  namespace: "foo"
spec:
  mtls:
    mode: STRICT
EOF

由于这些策略只应用于命名空间 foo 中的服务，您会看到只有从没有 Sidecar 的客户端（curl.legacy）到有 Sidecar 的客户端（httpbin.foo）的请求会失败。

$ for from in "foo" "bar" "legacy"; do for to in "foo" "bar" "legacy"; do kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n ${from} -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n ${from} -- curl "http://httpbin.${to}:8000/ip" -s -o /dev/null -w "curl.${from} to httpbin.${to}: %{http_code}\n"; done; done
curl.foo to httpbin.foo: 200
curl.foo to httpbin.bar: 200
curl.foo to httpbin.legacy: 200
curl.bar to httpbin.foo: 200
curl.bar to httpbin.bar: 200
curl.bar to httpbin.legacy: 200
curl.legacy to httpbin.foo: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.bar: 200
curl.legacy to httpbin.legacy: 200

为每个工作负载启用双向 TLS

要为特定工作负载设置对等认证策略，您必须配置 selector 字段并指定与所需工作负载匹配的标签。例如，以下对等认证策略和目标规则将为 httpbin.bar 服务启用严格的双向 TLS：

$ cat <<EOF | kubectl apply -n bar -f -
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: "httpbin"
  namespace: "bar"
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: httpbin
  mtls:
    mode: STRICT
EOF

再次执行测试命令。跟预期一样，从 curl.legacy 到 httpbin.bar 的请求因为同样的原因失败。

$ for from in "foo" "bar" "legacy"; do for to in "foo" "bar" "legacy"; do kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n ${from} -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n ${from} -- curl "http://httpbin.${to}:8000/ip" -s -o /dev/null -w "curl.${from} to httpbin.${to}: %{http_code}\n"; done; done
curl.foo to httpbin.foo: 200
curl.foo to httpbin.bar: 200
curl.foo to httpbin.legacy: 200
curl.bar to httpbin.foo: 200
curl.bar to httpbin.bar: 200
curl.bar to httpbin.legacy: 200
curl.legacy to httpbin.foo: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.bar: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.legacy: 200

...
curl.legacy to httpbin.bar: 000
command terminated with exit code 56

要优化每个端口的双向 TLS 设置，您必须配置 portLevelMtls 字段。例如，以下对等认证策略要求在除 8080 端口以外的所有端口上都使用双向 TLS：

$ cat <<EOF | kubectl apply -n bar -f -
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: "httpbin"
  namespace: "bar"
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: httpbin
  mtls:
    mode: STRICT
  portLevelMtls:
    8080:
      mode: DISABLE
EOF

对等认证策略中的端口值为容器的端口。目标规则的值是服务的端口。
如果端口绑定到服务则只能使用 portLevelMtls 配置，其他配置将被 Istio 忽略。

$ for from in "foo" "bar" "legacy"; do for to in "foo" "bar" "legacy"; do kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n ${from} -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n ${from} -- curl "http://httpbin.${to}:8000/ip" -s -o /dev/null -w "curl.${from} to httpbin.${to}: %{http_code}\n"; done; done
curl.foo to httpbin.foo: 200
curl.foo to httpbin.bar: 200
curl.foo to httpbin.legacy: 200
curl.bar to httpbin.foo: 200
curl.bar to httpbin.bar: 200
curl.bar to httpbin.legacy: 200
curl.legacy to httpbin.foo: 000
command terminated with exit code 56
curl.legacy to httpbin.bar: 200
curl.legacy to httpbin.legacy: 200

策略优先级

为了演示特定服务策略比命名空间范围的策略优先级高，您可以像下面一样为 httpbin.foo 添加一个禁用双向 TLS 的策略。注意您已经为所有在命名空间 foo 中的服务创建了命名空间范围的策略来启用双向 TLS，发现从 curl.legacy 到 httpbin.foo 的请求都会失败（如上所示）。

$ cat <<EOF | kubectl apply -n foo -f -
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: "overwrite-example"
  namespace: "foo"
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: httpbin
  mtls:
    mode: DISABLE
EOF

重新执行来自 curl.legacy 的请求，您应该又会看到请求成功并返回 200 代码，证明了特定服务策略覆盖了命名空间范围的策略。

$ kubectl exec "$(kubectl get pod -l app=curl -n legacy -o jsonpath={.items..metadata.name})" -c curl -n legacy -- curl http://httpbin.foo:8000/ip -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

清理第 2 部分

删除之前步骤中创建的策略：

$ kubectl delete peerauthentication default overwrite-example -n foo
$ kubectl delete peerauthentication httpbin -n bar

终端用户认证

为了体验这个特性，您需要一个有效的 JWT。该 JWT 必须和您用于该示例的 JWKS 终端对应。在这个教程中，我们使用来自 Istio 代码基础库的 JWT test 和 JWKS endpoint。

同时为了方便访问，通过 Ingress 网关暴露 httpbin.foo （详细细节请查看 Ingress 任务）。

Istio 支持 Kubernetes Gateway API，并计划将其作为未来流量管理的默认 API。以下说明指导您在网格中配置流量管理时如何选择使用 Gateway API 或 Istio 配置 API。请按照您的首选项遵循 Gateway API 或 Istio APIs 页签中的指示说明。

请注意，Kubernetes Gateway API CRD 不会默认安装在大多数 Kubernetes 集群上，因此请确保在使用 Gateway API 之前已安装好这些 CRD：

$ kubectl get crd gateways.gateway.networking.k8s.io &> /dev/null || \
  { kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/gateway-api/releases/download/v1.2.0/standard-install.yaml; }

配置网关：

$ kubectl apply -f @samples/httpbin/httpbin-gateway.yaml@ -n foo

按照确定 Ingress IP 和端口中的说明，设置 INGRESS_PORT 和 INGRESS_HOST 环境变量。

创建网关：

$ kubectl apply -f @samples/httpbin/gateway-api/httpbin-gateway.yaml@ -n foo
$ kubectl wait --for=condition=programmed gtw -n foo httpbin-gateway

设置 INGRESS_PORT 和 INGRESS_HOST 环境变量：

$ export INGRESS_HOST=$(kubectl get gtw httpbin-gateway -n foo -o jsonpath='{.status.addresses[0].value}')
$ export INGRESS_PORT=$(kubectl get gtw httpbin-gateway -n foo -o jsonpath='{.spec.listeners[?(@.name=="http")].port}')

通过网关运行测试查询：

$ curl "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

现在添加一个认证策略，该策略要求 Ingress 网关指定终端用户的 JWT。

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: RequestAuthentication
metadata:
  name: "jwt-example"
  namespace: istio-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      istio: ingressgateway
  jwtRules:
  - issuer: "testing@secure.istio.io"
    jwksUri: "https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/security/tools/jwt/samples/jwks.json"
EOF

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: RequestAuthentication
metadata:
  name: "jwt-example"
  namespace: foo
spec:
  targetRef:
    kind: Gateway
    group: gateway.networking.k8s.io
    name: httpbin-gateway
  jwtRules:
  - issuer: "testing@secure.istio.io"
    jwksUri: "https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/security/tools/jwt/samples/jwks.json"
EOF

在所选的工作负载的命名空间中应用该策略，本例中是 Ingress 网关。

如果您在授权标头中提供了一个令牌，并且其位置是隐式默认的，Istio 将使用公钥集验证令牌，并拒绝无效的令牌请求。但是，没有令牌的请求会被接受。为了观察这种行为，请尝试重新发出没有令牌、有错误令牌以及含有效令牌的请求。

$ curl "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

$ curl --header "Authorization: Bearer deadbeef" "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
401

$ TOKEN=$(curl https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/security/tools/jwt/samples/demo.jwt -s)
$ curl --header "Authorization: Bearer $TOKEN" "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

为了观察 JWT 验证的其它方面，使用脚本 gen-jwt.py 生成新 token 带上不同的发行人、受众、有效期等等进行测试。可以从 Istio 库下载此脚本：

$ wget --no-verbose https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/security/tools/jwt/samples/gen-jwt.py

您还需要 key.pem 文件：

$ wget --no-verbose https://raw.githubusercontent.com/istio/istio/master/security/tools/jwt/samples/key.pem

JWT 认证有 60 秒的时钟偏移（clock skew），这意味着 JWT 令牌会比其配置 nbf 早 60 秒成为有效的，其配置 exp 后 60 秒后仍然有效。

例如，下面的命令创建一个令牌，该令牌在 5 秒钟后过期。如您所见， Istio 会一直通过认证直到 65 秒后才拒绝这些令牌：

$ TOKEN=$(python3 ./gen-jwt.py ./key.pem --expire 5)
$ for i in $(seq 1 10); do curl --header "Authorization: Bearer $TOKEN" "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"; curl 10; done
200
200
200
200
200
200
200
401
401
401

您也可以给一个 ingress gateway 添加一个 JWT 策略（例如，服务 istio-ingressgateway.istio-system.svc.cluster.local）。这个常用于为绑定到这个 gateway 的所有服务定义一个 JWT 策略而不是为单独的服务绑定策略。

提供有效令牌

拒绝没有有效的令牌的请求，需要增加名为 DENY 认证策略，可参考以下例子中的 notRequestPrincipals:["*"] 配置。仅当提供有效的JWT令牌时请求主体才可用，因此该规则将拒绝没有有效令牌的请求。

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: AuthorizationPolicy
metadata:
  name: "frontend-ingress"
  namespace: istio-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      istio: ingressgateway
  action: DENY
  rules:
  - from:
    - source:
        notRequestPrincipals: ["*"]
EOF

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: AuthorizationPolicy
metadata:
  name: "frontend-ingress"
  namespace: foo
spec:
  targetRef:
    kind: Gateway
    group: gateway.networking.k8s.io
    name: httpbin-gateway
  action: DENY
  rules:
  - from:
    - source:
        notRequestPrincipals: ["*"]
EOF

重新发送没有令牌的请求。请求失败并返回错误码 403：

$ curl "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
403

按路径提供有效令牌

为了按路径（路径指 host、path 或者 method）提供有效令牌，我们需要在其授权策略中指定这些路径，如下列配置中的 /headers 只需要 JWT。待授权规则生效后，对 $INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers 的请求将失败，错误代码为 403。而到其他所有路径的请求（例如 $INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/ip）都会成功。

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: AuthorizationPolicy
metadata:
  name: "frontend-ingress"
  namespace: istio-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      istio: ingressgateway
  action: DENY
  rules:
  - from:
    - source:
        notRequestPrincipals: ["*"]
    to:
    - operation:
        paths: ["/headers"]
EOF

$ kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: security.istio.io/v1
kind: AuthorizationPolicy
metadata:
  name: "frontend-ingress"
  namespace: foo
spec:
  targetRef:
    kind: Gateway
    group: gateway.networking.k8s.io
    name: httpbin-gateway
  action: DENY
  rules:
  - from:
    - source:
        notRequestPrincipals: ["*"]
    to:
    - operation:
        paths: ["/headers"]
EOF

$ curl "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/headers" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
403

$ curl "$INGRESS_HOST:$INGRESS_PORT/ip" -s -o /dev/null -w "%{http_code}\n"
200

清理第 3 部分

删除认证策略：

$ kubectl -n istio-system delete requestauthentication jwt-example

删除授权策略：

$ kubectl -n istio-system delete authorizationpolicy frontend-ingress

删除生成令牌的脚本和密钥文件：
```
$ rm -f ./gen-jwt.py ./key.pem
```
如果您不打算继续后续章节的任务，只需删除这些测试命名空间，就可以移除所有资源：
```
$ kubectl delete ns foo bar legacy
```