k8s 인증 완벽이해 #2 - HTTP Authentication

쿠버네티스 인증 완벽 이해 시리즈 2탄, HTTP Authentication을 이용한 쿠버네티스 인증에 대해서 살펴보는 시간을 가져 보겠습니다.

쿠버네티스 인증 완벽 이해 시리즈

  1. X.509 Client Certs: X.509 인증서를 이용한 상호 TLS 인증
  2. HTTP Authentication: HTTP Authentication을 이용한 사용자 인증
  3. OpenID Connect: Google OAuth와 같은 인증 provider를 이용한 인증
  4. Webhook 인증: Webhook 인증서버를 통한 사용자 인증
  5. Proxy Auth: Proxy 서버를 통한 대리 인증

HTTP Authentication이란 HTTP 프로토콜에서 제공하는 인증 방법 중 하나입니다. HTTP Header를 통해 인증 정보를 서버에게 전달합니다. 저의 지난 포스트, 최소한의 보안인증 설정하기 에서도 Basic Authentication을 이용하여 nginx 서버의 최소한의 인증을 설정하는 방법에 대해서 알아 보았습니다. api 서버도 결국 일반 웹서버와 마찬가지기 때문에 api 서버에도 이러한 HTTP Authentication 설정을 적용할 수 있습니다.


환경설정

HTTP Authentication을 위한 테스트 환경은 다음과 같습니다.

  • OS: Ubuntu 18.04 기준
  • root 권한 (sudo 권한) 필요
  • basic user 파일 생성툴: htpasswd
  • 인증 테스트 서버: nginx (docker 컨테이너)
  • 쿠버네티스 설치툴: kubeadm

HTTP Authentication

Authorization Header

HTTP Authentication이 적용된 서버에 인증 없이 접속을 하면 401 에러 코드와 함께 아래와 같이 에러 메세지를 응답 받습니다.

HTTP/1.1 401 Unauthorized
WWW-Authenticate: Basic realm="MyRealm"
Content-Length: 0

사용자 인증 정보를 넣기 위해서는 HTTP Header에 Authorization 필드를 기입해야 합니다. 재밌는 점은 Authentication을 위한 헤더 정보의 필드명이 Authorization이라는 점입니다. 과거에도 Authentication과 Authorization의 용어를 혼용하여 사용한 것이 아닌가 생각됩니다.

HTTP Authentication의 문법은 다음과 같습니다.

Authorization: <type> <credentials>
  • type: 인증 방식을 선언합니다. 쿠버네티스에서는 Basic과 Bearer 타입을 사용합니다.
  • credentials: 사용자 인증정보를 기입합니다. ID 및 비밀번호, 혹은 토큰값을 넣습니다.

Basic type

사용자의 ID 및 비밀번호를 : delimiter를 이용하여 합친 다음 base64 인코딩하여 서버로 전송합니다. 서버에서는 반대로 base64 디코딩과 delimiter를 기준으로 ID와 비밀번호를 분리하여 사용자 정보를 인식합니다. base64 인코딩 경우 암호화 기술이 아니기 때문에 보안을 위하여 HTTPS로 접속하는 것을 권장합니다.

Authorization: Basic BASE64($USER:$PASSWORD)

최소한의 보안인증 설정하기 포스트에서 더 자세한 사용 방법이 나와있습니다.

Bearer type

Bearer type 경우, 서버에서 지정한 어떠한 문자열도 입력할 수 있습니다. 예를 들어 서버에서 hello-world-token이라는 Bearer 토큰을 인증키로 지정한 경우, 사용자는 다음과 같이 헤더를 구성하여 서버에 전송하면 인증을 받을 수 있습니다.

Authorization: Bearer hello-world-token

Bearer 토큰 인증 방식 경우, 굉장히 허술한 느낌을 받습니다. 이를 보완하고자 쿠버네티스에서 Bearer 토큰을 전송할 때 주로 jwt (JSON Web Token) 토큰을 사용합니다.

JSON Web Token (jwt)

jwtX.509 Certificate와 마찬가지로 private key를 이용하여 토큰을 서명하고 public key를 이용하여 서명된 메세지를 검증합니다. 이러한 메커니즘을 통해 해당 토큰이 쿠버네티스를 통해 생성된 valid한 토큰임을 인증할 수 있습니다. X.509 Certificate의 lightweight JSON 버전이라고 생각하면 편리합니다.

JWT 형식

jwt는 JSON 형태로 토큰 형식을 정의한 스펙입니다. jwt는 쿠버네티스에서 뿐만 아니라 다양한 웹 사이트에서 인증, 권한 허가, 세션관리 등의 목적으로 사용합니다. jwt의 형식은 크게 3가지 파트로 나뉩니다.

  • Header: 토큰 형식와 암호화 알고리즘을 선언합니다.
  • Payload: 전송하려는 데이터를 JSON 형식으로 기입합니다.
  • Signature: Header와 Payload의 변조 가능성을 검증합니다.

각 파트는 base64 URL 인코딩이 되어서 .으로 합쳐지게 됩니다. jwt의 최종 결과물은 다음과 같이 생성됩니다.

base64UrlEncoded(header).base64UrlEncoded(payload).HASHED_SIGNATURE

header = {
  "alg": "HS256",
  "typ": "JWT"
}

payload = {
  "sub": "1234567890",
  "name": "John Doe",
  "iat": 1516239022
}


JWT(header, payload)
// 예시) eyJhbGciOiJIUzII6IkpXVCJ9.eyJzdWIiOiIxM3ODkwIiwibmkDIyfQ.SflKxwRJSMeKK4fwpssw5c

Signature 파트

여기서 HASHED_SIGNATURE 부분이 jwt 데이터의 무결성을 보장합니다. 쿠버네티스 서버에서 자신의 private key를 이용하여 jwt 데이터를 서명하고 외부에 전달합니다. 사용자 인증 시점에서 전달 받은 jwt 토큰을 자신의 public key를 이용하여 변조 가능성을 검사합니다. 검증이 이상없이 완료되면 해당 데이터가 자신이 생성한 토큰(자신이 생성한 사용자)이라는 것을 확인하여 사용자 인증을 통과시킵니다.

아래는 HASHED_SIGNATURE 생성 pseudo 코드입니다. $PRIVATE_KEY 부분이 jwt 토큰을 서명하는 결정적인 역할을 담당합니다.

# HASHED_SIGNATURE
RSASHA256(
  base64UrlEncode(header) + "." +
  base64UrlEncode(payload),
  $PRIVATE_KEY
)

주의해야 할 점은 jwt 기술이 인증 기술일 뿐 보안 기술은 아니라는 점입니다. jwt 토큰을 탈취 당하는 순간, 해커는 해당 토큰을 이용하여 서버에 정상적으로 접근할 수 있습니다. 이것은 사용자가 본인의 계정과 비밀번호를 탈취 당한 것과 같은 것을 의미합니다.

Service Account Token

쿠버네티스에서는 Bearer 토큰을 사용할때 단순한 문자열이 아닌 위조 방지 장치가 내장된 jwt 토큰을 사용한다고 하였는데요, 바로 쿠버네티스의 ServiceAccount 리소스의 사용자 토큰을 생성할 때 jwt를 사용합니다. 아래의 예시는 ServiceAccount를 통해 생성된 jwt 예시입니다.

  • 예시의 payload 부분에는 ServiceAccount가 생성된 namespace, Secret 이름, ServiceAccount 이름 등 쿠버네티스의 다양한 세부 정보가 담긴 것을 확인할 수 있습니다. 쿠버네티스에서는 이러한 사용자 정보를 활용하여 Bearer token을 통한 인증을 처리합니다.
  • 아래에 jwt의 서명이 Invalid하다는 결과가 나옵니다. 이것은 아직 Public key를 통하여 사용자의 jwt 토큰을 검증하지 않았기 때문입니다.

위와 같이 쿠버네티스 API 서버에서 제공하는 ServiceAccount Public key를 입력하게 되면 장상적으로 서명이 valid한 결과가 나옵니다. 아래 페이지에 접속하여 임의대로 payload를 변경시켜 보며 signature가 valid하게 나오는지 아닌지 실험해 보면 재밌습니다.

jwt.io - Service Account token 테스트


HTTP 인증 실험

지금까지 HTTP Authentication의 방법으로 Basic Auth, Bearer token Auth에 대해서 살펴 보았고 Bearer token 은 아무 문자열을 사용할 수도 있지만 jwt 토큰 형식에 대해서 살펴 보았습니다. 이번 섹션에서는 직접 NGINX 서버와 API 서버를 설정하여 실험해 보도록 하겠습니다.

NGINX Basic Auth

먼저 NGINX 서버의 Basic Authentication을 설정해 보겠습니다.

sudo apt-get install -y apache2-utils jq

# auth라는 파일에 ID: user1, PW: pass1 생성
htpasswd -cb auth user1 pass1

ls
# auth
# default.conf
server {
    listen 80;
    server_name localhost;

    auth_basic           "MyRealm";
    auth_basic_user_file /etc/nginx/conf.d/auth; 

    location / {
        root   /usr/share/nginx/html;
        index index.html index.htm;
    }
}
  • auth_basic: 401 Unauthorized 응답시, 응답헤더에 표시되는 메세지를 입력합니다. WWW-Authenticate: Basic realm="MyRealm"
  • auth_basic_user_file: htpasswd을 통해서 생성한 사용자 정보 파일 위치를 입력합니다.

docker를 활용하여 NGINX 서버를 띄웁니다.

docker run -p 8080:80 -v $(pwd):/etc/nginx/conf.d nginx

curl basic auth

아래와 같이 HTTP Authentication Header를 통해서만 접근이 가능한 것을 확인할 수 있습니다.

# Plain http
curl -v http://localhost:8080
# HTTP/1.1 401 Unauthorized
# ...
# WWW-Authenticate: Basic realm="MyRealm"

# Basic Auth Header
curl -v -H "Authorization: Basic $(echo -n user1:pass1 | base64)" http://localhost:8080
# HTTP/1.1 200 OK

# curl --user option
curl -v --user user1:pass1 http://localhost:8080
# HTTP/1.1 200 OK

API 서버 Basic Auth

이번에는 API 서버의 Basic Authentication을 설정합니다. 먼저 다음 형식의 password 파일을 생성합니다. base64나 hash값이 아닌 plain text로 생성합니다.

password,user,uid,"group1,group2,group3"
  • password: basic auth 인증에 사용할 비밀번호
  • user: basic auth 인증에 사용할 사용자명
  • uid: 쿠버네티스에서 인식하는 식별자
  • group#: 쿠버네티스 내부 그룹 지정

basic-auth 파일 생성 (username: user1 / password: pass1)

sudo bash -c 'echo pass1,user1,user1,system:masters > /etc/kubernetes/pki/basic-auth'

해당 파일을 api 서버 설정에 --basic-auth-file 옵션으로 추가합니다.

# API 서버 설정 파일
sudo vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
# -----[kube-apiserver.yaml]------
    - kube-apiserver
    - --allow-privileged=true
    - --authorization-mode=Node,RBAC
    # .....
    - --basic-auth-file=/etc/kubernetes/pki/basic-auth
# --------------------------------

curl을 이용한 Basic auth 테스트

API 서버의 Basic auth 세팅이 완료되었습니다. 이제 basic auth로 요청 테스트를 합니다.

kubectl cluster-info
# Kubernetes master is running at https://XXXX:XXX

# API 서버 주소 및 포트 설정
API_SERVER_ADDR=XXXX  # 예시) localhost
API_SERVER_PORT=XXX   # 예시) 6443

# curl - basic auth 사용자 인증
curl -k --user user1,pass1 https://$API_SERVER_ADDR:$API_SERVER_PORT/api
curl -k -H "Authorization: Basic $(echo -n user1:pass1 | base64)" https://$API_SERVER_ADDR:$API_SERVER_PORT/api

Optional

기존에 $HOME/kubeconfig 파일이 없는 경우 아래와 같이 새로 생성합니다. (optional)

# 기존 admin 사용자 kubeconfig 파일 복사 (optional)
sudo cp /etc/kubernetes/admin.conf $HOME/kubeconfig
sudo chown $(id -u):$(id -g) $HOME/kubeconfig

kubectl을 이용한 Basic auth 테스트

# kubectl 신규 사용자 설정 - basic-auth
kubectl config --kubeconfig=$HOME/kubeconfig set-credentials basic-user --username=user1 --password=pass1
kubectl config --kubeconfig=$HOME/kubeconfig set-context kubernetes-admin@kubernetes --user=basic-user
kubectl config --kubeconfig $HOME/kubeconfig view

# kubectl - basic auth 사용자 인증
kubectl --kubeconfig $HOME/kubeconfig get pod -n kube-system

# 혹은 단순히 --username, --password 파라미터를 이용할 수도 있습니다.
kubectl get pod -n kube-system --username user1 --password pass1

Bearer token 인증

단순 Bearer token을 이용하여 API 서버 인증을 거쳐 보겠습니다. basic auth file과 형식이 유사합니다. 마찬기지로 base64나 hash값이 아닌 plain text로 생성합니다.

token,user,uid,"group1,group2,group3"
  • token: bearer auth 인증에 사용할 토큰
  • user: basic auth 인증에 사용할 사용자명
  • uid: 쿠버네티스에서 인식하는 식별자
  • group#: 쿠버네티스 내부 그룹 지정

token-auth 파일 생성 (token: hello-world-token)

sudo bash -c 'echo hello-world-token,user1,user1,system:masters > /etc/kubernetes/pki/token-auth'

해당 파일을 api 서버의 --token-auth-file 옵션으로 추가합니다.

# API 서버 설정 파일
sudo vi /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml
# -----[kube-apiserver.yaml]------
    - kube-apiserver
    - --allow-privileged=true
    - --authorization-mode=Node,RBAC
    # .....
    - --token-auth-file=/etc/kubernetes/pki/token-auth

curl을 이용한 Bearer token 테스트

Base64 인코딩을 하지 않는 plain text로 Bearer 토큰을 전달합니다.

curl -k -H "Authorization: Bearer hello-world-token"  https://$API_SERVER_ADDR:$API_SERVER_PORT/api

kubectl을 이용한 Bearer token 테스트

# kubectl 신규 사용자 설정 - token-auth
kubectl config --kubeconfig=$HOME/kubeconfig set-credentials token-user --token hello-world-token
kubectl config --kubeconfig=$HOME/kubeconfig set-context kubernetes-admin@kubernetes --user=token-user
kubectl config --kubeconfig $HOME/kubeconfig view

# kubectl - basic auth 사용자 인증
kubectl --kubeconfig $HOME/kubeconfig get pod -n kube-system

# 혹은 단순히 --token 파라미터를 이용할 수도 있습니다.
kubectl get pod -n kube-system --token hello-world-token

Service Account token 인증

마지막으로 ServiceAccount에서 생성되는 token을 이용하여 테스트를 해보겠습니다.

kubectl get serviceaccount default -oyaml
# apiVersion: v1
# kind: ServiceAccount
# metadata:
#   name: default
#   namespace: default
# secrets:
# - name: default-token-xxxx

JWT_TOKEN=$(kubectl get secret default-token-xxx -ojson | jq -r .data.token | base64 -d)
echo $JWT_TOKEN
# eyJhbGXXX.XXXXX.XXX

혹은 Pod 실행시 내부에 mount되는 Secret token을 확인할 수도 있습니다.

kubectl run cat-token --image k8s.gcr.io/busybox --restart OnFailure -- cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token
JWT_TOKEN=$(kubectl logs cat-token)
echo $JWT_TOKEN
# eyJhbGXXX.XXXXX.XXX

$JWT_TOKEN 을 복사하여 jwt.io에서 직접 테스트해 볼 수 있습니다. 검증에 사용할 public key는 /etc/kubernetes/pki/sa.pub에 위치합니다.

curl을 이용한 Bearer token 테스트

curl -k -H "Authorization: Bearer $JWT_TOKEN"  https://$API_SERVER_ADDR:$API_SERVER_PORT/api

kubectl을 이용한 Bearer token 테스트

kubectl api-versions --token $JWT_TOKEN

kubectl get pod -n kube-system --token hello-world-token을 실행하면 아래와 같은 에러 메세지가 나옵니다.

kubectl get pod -n kube-system --token hello-world-token
# Forbidden: pods is forbidden: User "system:serviceaccount:default:default" cannot list resource "pods" in API group "" in the namespace "kube-system"

이것은 사용자 인증 (Authentication)은 성공하였지만 해당 사용자에게 권한이 아직 부여되지 않았기 때문입니다. (Authorization) 기존의 사용자들의 그룹을 system:masters로 마스터 권한을 부여했기 때문에 admin으로 모든 권한을 다 가졌지만 default ServiceAccount에는 추가적으로 권한을 부여해야 합니다.

# default 서비스 계정에 clusterrole 권한 부여
kubectl create clusterrolebinding default-admin --clusterrole cluster-admin --serviceaccount default:default
# clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/default-admin created

kubectl get pod -n kube-system --token hello-world-token
# 성공!

마치며

이번 포스트에서는 HTTP Authentication을 이용한 쿠버네티스 인증 방법에 대해서 살펴 봤습니다. 크게 Basic User, Bearer Token을 Authorizaton 헤더 필드에 넣어서 인증하는 방식이었습니다. Bearer 토큰인 경우, jwt라는 확장된 토큰 형식을 이용하여 API 서버에 전송할 수 있는 것을 확인하였습니다. ServiceAccount를 이용하여 쿠버네티스에 요청을 보낼 경우, /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token 위치의 토큰을 얻어와서 간단히 HTTP Bearer token을 전송함으로써 인증 받는 것을 확인하였습니다. 물론 해당 ServiceAccount에 적절한 권한이 사전에 부여되어야 합니다. 다음 포스트에서는 Google OAuth와 같은 3rd Party 인증 provider를 이용하여 OpenID Connect 인증 방법에 대해서 살펴 보겠습니다.

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