使用 JWT-SVID 做为访问 Valut 的凭据

最近更新于 2023 年 2 月 19 日 6 分钟阅读时长原创

这次介绍的是在 SPIRE Server 和 Vault Server 之间建立 OIDC 联邦的方法。设置联邦之后，SPIRE 认证的工作负载就能使用 JWT-SVID 来通过 Vault Server 的认证。这样依赖，工作负载就无需使用 AppRole 或者用户名密码的方式来进行认证了。

这里解决的就是 0 号海龟问题：如何使用 SPIRE 作为 idP，让应用通过免认证 API 获取自己的身份，以此作为凭据来访问联邦中的 SP 服务

本文的操作将会涉及以下内容：

部署 OIDC Discovery Provider Service
创建一个 DNS A 记录，指向 OIDC Discovery document
设置一个本地的 Vault Server，用于存储机密
为 Vault 服务器设置一个 SPIRE Server OIDC Provider 作为认证方法
使用 SPIRE 身份来访问机密数据

开始之前

本文内容需要一个公网可以访问的 Kubernetes 以及，并且要开放一个 Ingress 到公网。并且具有一个能够设置 A 记录的域名。另外因为需要暴露 Loadbalancer 类型的服务，因此最好使用公有云的托管 K8s 进行尝试；并且这里需要使用 Ingress，所以集群里如果没有 Ingress 控制器，还需要部署一个。

另外需要从 https://github.com/spiffe/spire-tutorials.git 克隆代码。

注意：目前（2023-01-16）代码中涉及的部分配置已经过期，请参考 https://github.com/spiffe/spire-tutorials/pull/107 的内容进行修复。

根据快速开始章节的指导，准备环境，大致过程如下：

进入代码的 spire-tutorials/k8s/quickstart 目录，执行操作。

首先是启动 SPIRE Server：

# 创建命名空间
$ kubectl apply -f spire-namespace.yaml
# 创建 SPIRE Server 所需的 ServiceAccount 及其授权
# 创建 Configmap 用于存储 Trust Bundle
$ kubectl apply \
    -f server-account.yaml \
    -f spire-bundle-configmap.yaml \
    -f server-cluster-role.yaml
# 创建 SPIRE Server Configmap
# 创建 SPIRE Server 的 StatefulSet 以及 Service 对象
$ kubectl apply \
    -f server-configmap.yaml \
    -f server-statefulset.yaml \
    -f server-service.yaml

接下来启动 SPIRE Agent：

# 给 Agent 创建 Service Account 并进行授权
$ kubectl apply \
    -f agent-account.yaml \
    -f agent-cluster-role.yaml
# 创建 Agent Configmap，并用 Daemonset 的形式启动 Agent
$ kubectl apply \
    -f agent-configmap.yaml \
    -f agent-daemonset.yaml

然后是注册工作负载：

# 创建 Node 注册项，使用 k8s_sat 作为 Selector
$ kubectl exec -n spire spire-server-0 -- \
    /opt/spire/bin/spire-server entry create \
    -spiffeID spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent \
    -selector k8s_sat:cluster:demo-cluster \
    -selector k8s_sat:agent_ns:spire \
    -selector k8s_sat:agent_sa:spire-agent \
    -node
# 创建工作负载注册项
$ kubectl exec -n spire spire-server-0 -- \
    /opt/spire/bin/spire-server entry create \
    -spiffeID spiffe://example.org/ns/default/sa/default \
    -parentID spiffe://example.org/ns/spire/sa/spire-agent \
    -selector k8s:ns:default \
    -selector k8s🈂️default

最后是启动工作负载容器：

# 启动应用
$ kubectl apply -f client-deployment.yaml
...

配置 SPIRE 组件

这个案例用到的文件保存在 k8s/oidc-vault/8s 目录之中，搜索其中的 TODO，根据本地情况进行修改，涉及内容如下：

MY_EMAIL_ADDRESS：涉及文件 oidc-dp-configmap.yaml。这里需要一个 EMail 地址，这个地址需要满足 Let’s Encrypt CA 的要求，用于 OIDC 联邦证书的签署，使用过程中不会向这个邮箱发送邮件。
MY_DISCOVERY_DOMAIN：涉及文件包括 ingress.yaml 、oidc-dp-configmap.yaml 以及 server-configmap.yaml。此处需要前面提到的域名，用于定位 OIDC Discovery Document。例如 oidc-discovery.example.org。
MY_CLUSTER_NAME：替换为 SPIRE 所在集群的名称，例如 gke_dev-prj_name-central1-c_vault-oidc-tutorial。涉及文件 server-configmap.yaml。

上述文件中使用了 example.org 作为信任域，无需修改。

为 OIDC Discovery Provider 提供 Configmap

进入目录 k8s/oidc-vault/k8s，执行下面的命令来更新 SPIRE Server（Quickstart 中已经启动了 Server，这里做一个替换，加入 OIDC Discovery 的服务）：

$ kubectl apply \
    -f server-configmap.yaml \
    -f oidc-dp-configmap.yaml \
    -f server-statefulset.yaml
# 验证运行结果
$ kubectl get pods -n spire -l app=spire-server -o \
    jsonpath='{.items[*].spec.containers[*].name}{"\n"}'
spire-server spire-oidc

注意上面提到的 PR，这个 Statefulset 使用的是双容器 Pod，因为启动顺序不可控的问题，需要修改正确的 LivenessProbe 来在合适的时机对 OIDC 相关容器进行重启，才能成功启动 Pod。

为 OIDC Discovery IP 地址配置 DNS

这里需要使用上文提到的 DNS 记录。下面的步骤会使用这个域名为 Discovery Document 提供端点。Vault Server 会到这里进行查询，完成 Valut Server 和 SPIRE 之间的认证过程。

实际上还可以使用 JWKS 进行 Vault 的集成认证。这种方式就不需要 DNS 记录了。但是与此相对的，要求 Valut 部署在 Kubernetes 集群之中。相关内容可以参考 Vault 官方文档。

获取服务 IP 地址

前面创建的 spire-oidc 服务是 Loadbalancer 类型的服务，因此这里需要获取它的 IP 地址：

$ kubectl get service -n spire spire-oidc

NAME           TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP    PORT(S)          AGE
spire-oidc     LoadBalancer   10.12.0.18    34.82.139.13   443:30198/TCP    108s

创建 DNS 记录

将域名映射到上述地址。然后用 nslookup 等工具校验域名的有效性。例如：

$ nslookup oidc-discovery.example.org
Server:        203.0.113.0
Address:	      203.0.113.0#53

Non-authoritative answer:
Name:	oidc-discovery.example.org
Address: 93.184.216.34

可以使用在线工具 DNS Propagation Checker 来观察 DNS 记录的传播过程。

DNS 生效后，可以在浏览器中访问 https://MY_DISCOVERY_DOMAIN/.well-known/openid-configuration，顺利的话，会看到如下 JSON 格式的返回内容：

{
  "issuer": "https://oidc-discovery.example.org",
  "jwks_uri": "https://oidc-discovery.example.org/keys",
  "authorization_endpoint": "",
  "response_types_supported": [
    "id_token"
  ],
  "subject_types_supported": [],
  "id_token_signing_alg_values_supported": [
    "RS256",
    "ES256",
    "ES384"
  ]
}

安装和配置 Vault Server

DNS 设置和验证完成之后，开始配置 Vault 服务器。

在 MacOS 中可以使用 Homebrew 安装 Vault，其它操作系统可以参考官方安装文档。

建议全新安装 Vault Server，复用已有服务可能会有配置冲突。

打开一个新的终端窗口，进入源码路径的 ./k8s/oidc-vault 目录。在 ./vault/config.jcl 中加入配置内容，如下配置表示 Vault 监听 127.0.0.1 的 8200 端口；使用文件作为存储后端；为了测试方便，我们关闭了 TLS，当然，绝不推荐在生产环境中这样使用：

listener "tcp" {
   address     = "127.0.0.1:8200",
   tls_disable = 1
}

storage "file" {
   path = "vault-storage"
}

用这个配置文件启动 Vault 服务：

$ vault server -config ./vault/config.hcl
...
==> Vault server started! Log data will stream in below:
...

初始化 Vault 并解封

设置 VAULT_ADDR 环境变量为 http://127.0.0.1:8200，然后进行初始化：

$ vault operator init
...
Unseal Key 1: VI0/4yK8H/tHC625aDYaf62+Jmo5qqlizn5bVmsbY0j0
Unseal Key 2: UINTf0oPzpiMIhOU3CNzFpo6Pkun36hGKPlcbQUkl1qT
Unseal Key 3: SYO0yTfCn5IkoQ5f/JzE98yQI8Nfiv51gjXZMamyjXn/
Unseal Key 4: 90vXLQJqba32VpBxYr4jB9gRVu6gRC/uWt812oF44zzP
Unseal Key 5: 2eBBVUC63DOPqNKn4WPoxci4VOfchA7tOr3LTqHtS5FC
Initial Root Token: s.PFuCtYgzjh6mRAfAVjfsGv3O
...

建议记录上面的内容（Key 和 Token），后面马上就要用到。

接下来解封 Vault，需要从上面记录的秘钥中选择任意三个进行解封：

$ vault operator unseal

Unseal Key (will be hidden): <PASTE ONE OF YOUR KEYS HERE>
   
Key                Value
---                -----
Seal Type          shamir
Initialized        true
Sealed             true # <- 代表是否解封
Total Shares       5
Threshold          3
Unseal Progress    1/3 # <- 解封进度
Unseal Nonce       e1bf3fa2-0058-5703-e2dc-a5c45c1b7f9a
Version            1.3.4
HA Enabled         false

返回信息中看到了 Sealed: false 代表解封成功。

启用机密引擎并保存一个测试条目

使用 CLI 通过跟用户进行访问，启用 kv 引擎，然后保存数据。

首先设置环境变量：

$ export VAULT_ADDR=http://127.0.0.1:8200
# 使用前面记录的 Token：
$ export VAULT_TOKEN="s.PFuCtYgzjh6mRAfAVjfsGv3O"

启用引擎并保存测试数据：

$ vault secrets enable -path=secret kv
$ vault kv put secret/my-super-secret test=123

设置 SPIRE 和 OIDC 的联邦关系

启用 Vault 的 JWT 认证：vault auth enable jwt。

设置 OIDC 发现地址：

$ vault write auth/jwt/config \
oidc_discovery_url=https://oidc-discovery.example.org \
default_role=“dev”

设置一个 my-dev-policy 策略，它将会用在后面创建的dev 角色上。

进入源码目录的 ./k8s/oidc-vault 目录，在 vault-policy.hcl 中定义策略，该策略具有读取 /secret/my-super-secret 的权限：

path "secret/my-super-secret" {
   capabilities = ["read"]
}

然后在 Vault 中加载新建的策略：

$ vault policy write my-dev-policy ./vault/vault-policy.hcl
...

创建 dev 角色，绑定 JWT 的 subject 和 audience，并配置 sub，声明这个角色会用于认证。有效期设置为 24 小时，这个 Token 会使用 my-dev-policy 策略：

$ vault write auth/jwt/role/dev \
    role_type=jwt user_claim=sub \
    bound_audiences=TESTING \
    bound_subject=spiffe://example.org/ns/default/sa/default token_ttl=24h \
    token_policies=my-dev-policy
...

获取 Vault 凭据

接下来我们来获取用于 Vault 的 Token。这里使用客户端工作负载通过 SPIRE 联邦来获取和进行认证。

首先获取客户端工作负载的 Pod 名称，例如 client-7c94755d97-mq8dl。接下来获取客户端的 SVID：

$ kubectl exec client-7c94755d97-mq8dl -- /opt/spire/bin/spire-agent api fetch jwt \
   -audience TESTING \
   -socketPath /run/spire/sockets/agent.sock

从响应消息中获取 JWT 信息。他应该位于相应信息的 SVID 附近（例如 token(spiffe://xxxxx)）。是一个长字符串。

认证

创建一个 payload.json 文件，包含如下 JSON 内容，将上个步骤中获得的 Token 替换到文件里：

{"role": "dev","jwt": "<PASTE_YOUR_JWT_TOKEN_HERE>"}

用这个 Payload 进行认证：

$ curl --request POST \
    --data @/path/to/payload.json \
    http://localhost:8200/v1/auth/jwt/login

返回信息大概如下格式：

{
   "request_id": "78bc2546-8e3f-900e-ac32-ae590870ea67",
   "lease_id": "",
   "renewable": false,
   "lease_duration": 0,
   "data": null,
   "wrap_info": null,
   "warnings": null,
   "auth": {
      "client_token": "s.lQ3KIYjUnFwCJkUnOKKF8kxn", # <- 客户端 Token
      "accessor": "ZdVaNVQDcOL15FNSjyWogwiX",
      "policies": [
            "default",
            "my-dev-policy"  # <- 我们创建的策略
      ],
      "token_policies": [
            "default",
            "my-dev-policy"
      ],
      "metadata": {
            "role": "dev"
      },
      "lease_duration": 86400,
      "renewable": true,
      "entity_id": "5e467f7c-7270-6e2d-2929-e76b9d2b5b32",
      "token_type": "service",
      "orphan": true
   }
}

测试访问机密数据

接下来用客户端 Token 访问数据：

$ curl \
     -H "X-Vault-Token: <PASTE_YOUR_client_token_HERE>" \
     http://127.0.0.1:8200/v1/secret/my-super-secret

CURL 使用 client_token 作为凭据，访问 Vault 服务的 REST API。Vault API 会返回下面的 JSON 输出，其中包含我们写入的样本数据：

{
   "request_id": "1a10d3f7-e3b4-2c05-48c5-94a04f3758bc",
   "lease_id": "",
   "renewable": false,
   "lease_duration": 2764800,
   "data": {
      "test": "123" # 测试数据
   },
   "wrap_info": null,
   "warnings": null,
   "auth": null
}

svid security spiffe spire vault