Chào mừng đến với series "Kubernetes Hacking"!

Kubernetes đã trở thành một trong những công cụ phổ biến nhất để triển khai và quản lý ứng dụng container trên các môi trường đám mây, nhưng đồng thời cũng là một mục tiêu hấp dẫn cho các cuộc tấn công bảo mật. Việc hiểu rõ về cách hoạt động và các nguyên tắc bảo mật của Kubernetes là vô cùng quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống của chúng ta.

Trong series này, chúng ta sẽ bắt đầu với các khái niệm cơ bản về Kubernetes, từ việc hiểu về mục tiêu và tính năng của nó, cho đến cách cài đặt và triển khai ứng dụng trong môi trường Kubernetes. Chúng ta cũng sẽ tìm hiểu về xác thực, phân quyền, nghiên cứu các vector tấn công phổ biến và các biện pháp bảo mật trong Kubernetes.

Hy vọng rằng loạt bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về Kubernetes và các vấn đề liên quan đến bảo mật để cùng nhau nâng cao khả năng bảo mật cho hệ thống của chúng ta.

1. Giới thiệu về Kubernetes (K8s)

Kubernetes (còn được gọi là K8s) là một hệ thống quản lý container mã nguồn mở phát triển bởi Google và được quản lý bởi Cloud Native Computing Foundation (CNCF). Nó cung cấp một nền tảng cho việc triển khai, quản lý và tự động hóa việc quy mô các ứng dụng container trên các môi trường máy chủ vật lý, máy chủ ảo hoặc đám mây.

Kubernetes giải quyết các vấn đề về triển khai và quản lý ứng dụng phân tán. Nó cung cấp các tính năng như tự động mở rộng, tự động phục hồi, cân bằng tải, phân phối tải và quản lý phiên bản ứng dụng. Kubernetes giúp đơn giản hóa việc triển khai, mở rộng và quản lý các ứng dụng container, giúp người dùng tiết kiệm thời gian và tăng tính linh hoạt của hệ thống.

2. Tính năng

Các tính năng của kubernetes bao gồm:

• Quản lý tài nguyên: Kubernetes quản lý và phân phối tài nguyên máy chủ để đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng container bao gồm CPU, bộ nhớ và lưu trữ.
• Tự động mở rộng: Kubernetes tự động mở rộng các ứng dụng container dựa trên yêu cầu tải và cung cấp cân bằng tải tự động để phân phối công việc đến các nút khác nhau trong cụm.
• Tự động phục hồi: Kubernetes có khả năng phục hồi tự động khi có lỗi xảy ra, bằng cách khởi động lại các container hoặc triển khai các phiên bản mới.
• Cân bằng tải: Kubernetes cung cấp cơ chế cân bằng tải tự động để phân phối công việc đều đặn và đảm bảo sẵn sàng cao cho các ứng dụng.
• Tự động triển khai và rollback: Kubernetes hỗ trợ triển khai tự động của các phiên bản ứng dụng mới và cung cấp khả năng rollback trong trường hợp xảy ra sự cố.
• Quản lý phiên bản: Kubernetes quản lý các phiên bản ứng dụng và cho phép quản lý lịch sử và chuyển đổi giữa các phiên bản khác nhau của ứng dụng.
• Cô lập và bảo mật: Kubernetes cung cấp cơ chế cô lập và bảo mật để đảm bảo rằng các container không ảnh hưởng lẫn nhau và có thể kiểm soát được quyền truy cập.
• Quản lý tài nguyên mạng: Kubernetes quản lý và cấu hình các tài nguyên mạng như địa chỉ IP, tài nguyên mạng và cơ chế cân bằng tải.

3. So sánh Kubernetes và Docker

Docker và Kubernetes là hai công cụ quan trọng trong việc triển khai và quản lý ứng dụng container. Docker đã trở thành một tiêu chuẩn trong việc đóng gói ứng dụng vào các container độc lập, trong khi Kubernetes cung cấp một nền tảng mạnh mẽ để quản lý và tự động hóa việc triển khai các container này.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ so sánh Docker và Kubernetes từ các khía cạnh khác nhau để hiểu rõ hơn về sự khác biệt và sự bổ trợ giữa hai công cụ này. Dưới đây là một bảng so sánh để thể hiện sự khác biệt giữa Kubernetes và Docker:

• Đầu tiên, chúng ta sẽ xem xét về cách mà Docker và Kubernetes thực hiện vai trò của mình.

  • Docker tập trung vào việc tạo, đóng gói và chạy các ứng dụng trong container độc lập. Nó giúp tạo ra môi trường đồng nhất cho việc phát triển và triển khai ứng dụng, giúp đơn giản hóa quá trình xây dựng và triển khai.

  • Trong khi đó, Kubernetes là một hệ thống quản lý container phân tán và tự động hóa. Nó cho phép bạn quản lý các ứng dụng container trong một môi trường phức tạp, tự động mở rộng và điều phối tài nguyên để đảm bảo hiệu suất và khả năng mở rộng của ứng dụng.

• Một khía cạnh quan trọng khác là về quy mô và khả năng mở rộng. Docker thích hợp cho việc phát triển và triển khai ứng dụng đơn giản, trong khi Kubernetes là sự lựa chọn tốt hơn khi bạn cần quản lý nhiều ứng dụng và môi trường phức tạp. Kubernetes cung cấp khả năng tự động mở rộng và phân phối tải, giúp tăng khả năng chịu tải và đảm bảo sẵn sàng của hệ thống.

• Cả Docker và Kubernetes đều có các tính năng bảo mật mạnh mẽ, nhưng cách tiếp cận của họ có sự khác biệt. Docker tập trung vào bảo mật container cấp độ, trong khi Kubernetes cung cấp cơ chế xác thực, quyền hạn và giám sát trên môi trường phân tán.

Cuối cùng, Docker và Kubernetes có thể được sử dụng cùng nhau để tạo ra một quy trình triển khai và quản lý ứng dụng hoàn chỉnh. Docker giúp đóng gói và chạy các ứng dụng trong container, trong khi Kubernetes quản lý và tự động hóa việc triển khai các container này trên nhiều máy chủ.

4. Kiến trúc Kubernetes

Kiến trúc của Kubernetes, hay còn gọi là Kubernetes Cluster được thiết kế với kiến trúc linh hoạt và khả năng mở rộng cho phép các ứng dụng hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy trên môi trường phân tán.

4.1 Cluster

Một Kubernetes Cluster được hình thành từ nhiều thành phần quan trọng. Trung tâm của Cluster là Master Node - nơi điều phối và quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống. Bên cạnh Master Node, Kubernetes Cluster còn bao gồm các Worker Node - là những máy chủ thực hiện nhiệm vụ chạy các container và xử lý các tác vụ của ứng dụng.

4.2 Master Node

Master Node là thành phần chính của kiến trúc Kubernetes. Nó chịu trách nhiệm cho các nhiệm vụ quan trọng như quản lý Cluster, lập lịch triển khai, quản lý tài nguyên và điều phối các hoạt động giữa các Worker Node và là điểm điều khiển và quản lý toàn bộ hệ thống Kubernetes. Master Node bao gồm các thành phần sau:

• API Server: Là giao diện chính để tương tác với Kubernetes. Nó nhận và xử lý các yêu cầu từ người dùng, công cụ quản lý và các thành phần khác của hệ thống.
• Scheduler: Được sử dụng để lập lịch triển khai các ứng dụng dựa trên Container lên các nút máy chủ có sẵn. Scheduler quyết định nơi chạy các ứng dụng dựa trên yêu cầu tài nguyên và các chiến lược khác.
• Controller Manager: Quản lý các thành phần điều khiển của hệ thống như quản lý Pod, ReplicaSet, Deployment và Service.
• etcd: Là một cơ sở dữ liệu phân tán dùng để lưu trữ trạng thái của toàn bộ cụm Kubernetes. etcd đảm bảo tính nhất quán và đồng bộ dữ liệu giữa các thành phần trong hệ thống.

Trong môi trường Kubernetes, Master Node được chọn ra từ các Node và có nhiệm vụ quản lý và điều phối hoạt động của Cluster. Quá trình chọn Master Node có thể được thực hiện thông qua hai cách sau:

• Auto-select: Trong một số hệ thống, quá trình chọn master node được tự động xử lý bởi cơ chế auto-select, nghĩa là một node sẽ tự động trở thành Master Node nếu Node hiện tại đang là Master Node gặp sự cố.

• Cấu hình thủ công: Trong một số trường hợp, người quản trị hệ thống có thể chọn một node cụ thể để làm Master Node bằng cách cấu hình tương ứng.

Trong một số trường hợp, Master Node cũng có thể thực hiện chức năng của Worker Node bằng cách chạy các Container và triển khai ứng dụng. Tuy nhiên, việc chia thành riêng biệt Master Node và Worker Node giúp tăng tính tin cậy và khả năng mở rộng của hệ thống.

4.3 Worker Node

Worker Node là các máy chủ vật lý hoặc ảo trong cụm Kubernetes. Đây là nơi thực hiện chạy các ứng dụng Container và cung cấp tài nguyên để hỗ trợ các ứng dụng chạy trên đó. Mỗi Worker Node bao gồm các thành phần sau:

• Kubelet: Là một thành phần chạy trên mỗi Worker Node và quản lý việc chạy các Container trên nút đó. Kubelet tương tác với API Server và đảm bảo rằng các Container đang chạy đúng cách.
• Kube-proxy: Là một proxy mạng trên mỗi Worker Node và quản lý các quy tắc mạng để cho phép giao tiếp giữa các Container và các dịch vụ khác trong cụm.
• Container Runtime: Là môi trường chạy Container như Docker, CRI-O hoặc Containerd. Container Runtime thực hiện việc tạo, chạy và quản lý các Container trên Worker Node.

4.4 Pod

Pod là thành phần cơ bản nhất để deploy và chạy một ứng dụng, được tạo và quản lý bởi Kubernetes. Pod được dùng để nhóm và chạy một hoặc nhiều Container lại với nhau, những container trong một Pod sẽ chia sẻ chung tài nguyên với nhau và cùng một dải mạng (ví dụ trong hình bên trên ta có thể thấy các tài nguyên trong cùng 1 Pod đều cùng một địa chỉ ip 10.10.10.4)

Một số điểm quan trọng về Pod trong Kubernetes:

• Container trong Pod: Một Pod có thể chứa một hoặc nhiều Container, nhưng phần lớn thời gian chỉ chứa một Container. Những Container trong cùng một Pod chia sẻ cùng một không gian địa chỉ mạng và có thể giao tiếp với nhau thông qua Localhost. Điều này giúp giảm độ phức tạp của việc giao tiếp giữa các Container.

• Tính tương đồng với một máy chủ: Pod có thể được coi là một máy chủ ảo với một hoặc nhiều dịch vụ chạy trên đó. Các Container trong cùng một Pod có thể truy cập và tương tác với nhau giống như các tiến trình trên cùng một máy chủ.

• Chia sẻ tài nguyên: Các Container trong cùng một Pod chia sẻ tài nguyên với nhau, bao gồm CPU, bộ nhớ và lưu trữ. Pod hỗ trợ chia sẻ dữ liệu giữa các Container thông qua các thư mục chia sẻ hoặc truyền qua các cơ chế khác như cơ chế Volume.

• Triển khai, tích hợp và mở rộng: Kubernetes triển khai Pod và điều phối chúng trên các Worker Node. Pod có thể được kết hợp với các thành phần khác của Kubernetes như Service, Volume và Network để tạo thành một hệ thống phân tán. Ngoài ra có thể mở rộng số lượng Pod bằng cách tạo nhiều bản sao của chúng, giúp cân bằng tải và đảm bảo hiệu suất cao cho các ứng dụng.

Tóm lại Pod trong Kubernetes giúp giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến việc triển khai các ứng dụng Container. Bằng cách tạo Pod, chúng ta có thể quản lý các Container một cách hiệu quả và linh hoạt, đồng thời đảm bảo tính tách biệt và an toàn giữa các ứng dụng chạy trên cùng một Cluster.

4.5 Container

Trong phần trên ta nhắc rất nhiều đến container. Vậy container là gì và nó đóng vai trò như thế nào trong k8s, ta sẽ cùng tìm hiểu ngay sau đây.

Container hay Container Image là một gói phần mềm chứa mọi thứ cần thiết để chạy một ứng dụng cụ thể: bao gồm các tệp thực thi, mã nguồn, các thư viện chia sẻ và môi trường chạy của ứng dụng. Container giúp đơn giản hóa việc triển khai ứng dụng và đảm bảo tính di động và khả năng tái sử dụng của ứng dụng. Bằng cách sử dụng các image đã được đóng gói sẵn, người dùng có thể nhanh chóng và dễ dàng triển khai ứng dụng mà không cần quan tâm đến các cài đặt khác hay tạo môi trường chạy.

Ngoài ra, Container Image cũng hỗ trợ khả năng mở rộng và cân đối nguồn lực trong Kubernetes. Người dùng có thể triển khai nhiều bản sao của cùng một Container Image trên nhiều Pod và Node để tăng hiệu suất và đáp ứng nhu cầu của ứng dụng.

Các Container Image trong Kubernetes thường được tham chiếu trong các đối tượng như Pod, Deployment, StatefulSet, DaemonSet, và các tài nguyên khác trong các file YAML để triển khai ứng dụng. Khi Kubernetes nhận được yêu cầu triển khai một ứng dụng, nó sẽ sử dụng Container Runtime như Docker để tạo các Container từ các Container Image đã xác định và chạy chúng trên các Node của Cluster.

Các Container Image được sử dụng trong Kubernetes thường được xây dựng và lưu trữ trên các Docker Registry như Docker Hub, Google Container Registry, hoặc các Registry khác. Image này có thể được tạo ra từ Dockerfile hoặc các công cụ xây dựng image khác như Buildah, Podman, hoặc Kaniko.

Tóm lại, Container Image trong Kubernetes đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai và chạy ứng dụng, nó giúp đơn giản hóa quá trình triển khai, cân đối tài nguyên và tăng tính di động của ứng dụng.

5. Kết luận

Trong phần 1 của series "Kubernetes Hacking," chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về kiến trúc Kubernetes và các thành phần chính như Pod và container image đồng thời cũng so sách sự khác nhau giữa Kubernetes với Docker.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu cách cài đặt và triển khai ứng dụng trong môi trường Kubernetes. Từ việc cấu hình và triển khai các Pod, Service, và Deployment cho đến việc phân quyền và bảo mật trong kubernetes. Việc quản lý quyền truy cập và phân quyền đối với người dùng và Service Account là một phần quan trọng để đảm bảo an toàn và bảo mật cho hệ thống.