Docker系列之安全

Docker的安全
前言
一、Docker 容器与虚拟机的区别
       1. 隔离与共享
        2. 性能与损耗
二、Docker 存在的安全问题
       1.Docker 自身漏洞
       2.Docker 源码问题
三、 Docker 架构缺陷与安全机制
      1. 容器之间的局域网攻击
      2. DDoS 攻击耗尽资源
      3. 有漏洞的系统调用
      4. 共享root用户权限
四、Docker 安全基线标准​​​​​​​
      1. 内核级别
      2. 主机级别
      3. 网络级别
      4. 镜像级别
      5. 容器级别
      6. 其他设置
五、容器相关的常用安全配置方法
     1. 容器最小化
     2. Docker 远程 API 访问控制
六、限制流量流向
七、镜像安全
八、DockerClient 端与 DockerDaemon 的通信安全
九、避免Docker 容器中信息泄露
前言
容器的安全性问题的根源在于容器和宿主机共享内核。如果容器里的应用导致Linux内核崩溃，那么整个系统可能都会崩溃。与虚拟机是不同的，虚拟机并没有与主机共享内核，虚拟机崩溃一般不会导致宿主机崩溃。
一、Docker 容器与虚拟机的区别

1. 隔离与共享
虚拟机通过添加 Hypervisor 层，虚拟出网卡、内存、CPU 等虚拟硬件，再在其上建立虚拟机，每个虚拟机都有自己的系统内核。
而Docker容器则是通过隔离的方式，将文件系统、进程、设备、网络等资源进行隔离，再对权限、CPU资源等进行控制，最终让容器之间互不影响，容器无法影响宿主机。
容器与宿主机共享内核、文件系统、硬件等资源。
2. 性能与损耗
与虚拟机相比，容器资源损耗要少。同样的宿主机下，能够建立容器的数量要比虚拟机多。
但是，虚拟机的安全性要比容器稍好，要从虚拟机攻破到宿主机或其他虚拟机，需要先攻破 Hypervisor 层，这是极其困难的。
而 docker 容器与宿主机共享内核、文件系统等资源，更有可能对其他容器、宿主机产生影响。
 

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二、Docker 存在的安全问题
1.Docker 自身漏洞
作为一款应用 Docker 本身实现上会有代码缺陷。CVE 官方记录 Docker 历史版本共有超过 20 项漏洞，可参见 Docker 官方网站。
黑客常用的攻击手段主要有代码执行、权限提升、信息泄露、权限绕过等。目前 Docker 版本更迭非常快，Docker 用户可将 Docker 升级为最新版本。
2.Docker 源码问题
Docker 提供了 Docker hub，可以让用户上传创建的镜像，以便其他用户下载，快速搭建环境。但同时也带来了一些安全问题。
例如下面三种方式：
（1）黑客上传恶意镜像

如果有黑客在制作的镜像中植入木马、后门等恶意软件，那么环境从一开始就已经不安全了，后续更没有什么安全可言。
（2）镜像使用有漏洞的软件

DockerHub上能下载的镜像里面，75%的镜像都安装了有漏洞的软件。所以下载镜像后，需要检查里面软件的版本信息，对应的版本是否存在漏洞，并及时更新打上补丁。
（3）中间人攻击篡改镜像

镜像在传输过程中可能被篡改，目前新版本的 Docker 已经提供了相应的校验机制来预防这个问题。
三、 Docker 架构缺陷与安全机制
Docker本身的架构与机制就可能产生问题，例如这样一种攻击场景，黑客已经控制了宿主机上的一些容器，或者获得了通过在公有云上建立容器的方式，然后对宿主机或其他容器发起攻击。
1. 容器之间的局域网攻击
主机上的容器之间可以构成局域网，因此针对局域网的ARP欺骗、端口扫描、广播风暴等攻击方式便可以用上。
所以，在一个主机上部署多个容器需要合理的配置网络安全，比如设置 iptables 规则。
2. DDoS 攻击耗尽资源
Cgroups 安全机制就是要防止此类攻击的，不要为单一的容器分配过多的资源即可避免此类问题。
3. 有漏洞的系统调用
Docker 与虚拟机的一个重要的区别就是 Docker 与宿主机共用一个操作系统内核。
一旦宿主内核存在可以越权或者提权漏洞，尽管Docker使用普通用户执行，在容器被入侵时，攻击者还可以利用内核漏洞跳到宿主机做更多的事情。
4. 共享root用户权限
如果以 root 用户权限运行容器（docker run --privileged），容器内的 root 用户也就拥有了宿主机的root权限。
四、Docker 安全基线标准
下面从内核、主机、网络、镜像、容器以及其它等 6 个方面总结 Docker 安全基线标准。
1. 内核级别
（1）及时更新内核。
（2）User NameSpace（容器内的 root 权限在容器之外处于非高权限状态）。
（3）Cgroups（对资源的配额和度量），设置CPU、内存、磁盘 IO等资源限制。
（4）通过启用SELinux/AppArmor/GRSEC（控制文件访问权限）适当的强化系统来增加额外的安全性。
（5）Capability（权限划分），比如划分指定的CPU给容器。
（6）Seccomp（限定系统调用），限制不必要的系统调用。
（7）禁止将容器的命名空间与宿主机进程命名空间共享，比如 host 网络模式。

2. 主机级别
（1）为容器创建独立分区，比如创建在分布式文件系统上。
（2）仅运行必要的服务，注意尽量避免在容器中运行 ssh 服务 。
（3）禁止将宿主机上敏感目录映射到容器，-v创建数据卷时需要注意。
（4）对 Docker 守护进程、相关文件和目录进行审计，防止有病毒或木马文件生成。
（5）设置适当的默认文件描述符数。（文件描述符：简称fd，当应用程序请求内核打开/新建一个文件时，内核会返回一个文件描述符用于对应这个打开/新建的文件，文件描述符本质上就是一个非负整数，读写文件也是需要使用这个文件描述符来指定待读写的文件的。文件描述符是一个重要的系统资源，理论上系统内存多大就应该可以打开多少个文件描述符，但是实际情况是，内核会有系统级限制，以及用户级限制，不让某一个应用程序进程消耗掉所有的文件资源，可以使用ulimit -n 查看）
（6）用户权限为 root 的 Docker 相关文件的访问权限应该为 644 或者更低权限。
（7）周期性检查每个主机的容器清单，并清理不必要的容器。

3. 网络级别
（1）通过 iptables 设定规则实现禁止或允许容器之间网络流量。
（2）允许 Docker 修改 iptables。
（3）禁止将 Docker 绑定到其他已使用的 IP/Port 或者 Unix Socket。
（4）禁止在容器上映射特权端口。
（5）容器上只开放所需要的端口。
（6）禁止在容器上使用 host 网络模式。
（7）若宿主机有多个网卡，将容器进入流量绑定到特定的主机网卡上。

docker network create --subnet=172.18.0.0/16 --opt "com.docker.network.bridge.name"="docker1"  mynetwork
docker run -itd --net mynetwork --ip 172.18.0.100 centos:7 /bin/bash
iptables -t nat -A POSTROUTING -s 172.18.0.100 -o ens36 -j SNAT --to-source 192.168.80.10

4. 镜像级别
（1）创建本地私有镜像仓库服务器。
（2）镜像中软件都为最新版本，建议根据实际情况使用对应版本，业务稳定优先。
（3）使用可信镜像文件，并通过安全通道下载。
（4）重新构建镜像而非对容器和镜像打补丁，销毁异常容器重新构建。
（5）合理管理镜像标签，及时移除不再使用的镜像。
（6）使用镜像扫描。
（7）使用镜像签名。

5. 容器级别
（1）容器最小化，操作系统镜像最小集。
（2）容器以单一主进程的方式运行。
（3）禁止 --privileged 标记使用特权容器。
（4）禁止在容器上运行 ssh 服务，尽量使用 docker exec 进入容器。
（5）以只读的方式挂载容器的根目录系统，-v 宿主机目录:容器目录:ro。
（6）明确定义属于容器的数据盘符。
（7）通过设置 on-failure 限制容器尝试重启的次数，容器反复重启容易丢失数据，–restart=on-failure:3。
（8）限制在容器中可用的进程数，docker run -m 限制内存的使用，以防止 fork炸弹。（fork炸弹，迅速增长子进程，耗尽系统进程数量）

6. 其他设置
（1）定期对宿主机系统及容器进行安全审计。
（2）使用最少资源和最低权限运行容器，此为 Docker 容器安全的核心思想。
（3）避免在同一宿主机上部署大量容器，维持在一个能够管理的数量。
（4）监控 Docker 容器的使用，性能以及其他各项指标，比如 zabbix。
（5）增加实时威胁检测和事件报警响应功能，比如 zabbix。
（6）使用中心和远程日志收集服务，比如 ELK 。

由于安全属于非常具体的技术，这里不再赘述，可直接参阅 Docker
官方文档，https://docs.docker.com/engine/security/

五、容器相关的常用安全配置方法
1. 容器最小化
如果仅在容器中运行必要的服务，像 SSH 等服务是不能轻易开启去连接容器的。通常使用以下方式来进入容器。

docker exec -it a661258f6bfe bash

2. Docker 远程 API 访问控制
Docker 的远程调用API 接口存在未授权访问漏洞，至少应限制外网访问。建议使用 Socket 方式访问。
（1）在宿主机上监听内网 ip 和 docker daemon 的方式启动

方法一：
docker -d -H uninx:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.80.10:2375

方法二：
//在 docker 服务配置文件指定
vim /usr/lib/systemd/system/docker.service
--13行--修改
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.80.10:2375

（2）重启 Docker

systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
netstat -natp | grep 2375

（3）在宿主机的 firewalld 上做 IP 访问控制，source address 指定的是客户端地址

firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.80.15" port protocol="tcp" port="2375" accept"
firewall-cmd --reload
或
iptables -F

（4）在客户端上实现远程授权访问

docker -H tcp://192.168.80.10 images

六、限制流量流向
//使用防火墙过滤器限制 Docker 容器的源 IP 地址范围与外界通讯。

firewall-cmd --permanent --zone=public --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.80.0/24" reject"

//生产环境中的大量问题是因为 Docker 容器端口外放引起的漏洞，除了操作系统账户权限控制上的问题，更在于对 Docker Daemon
的进程管理上存在隐患。

目前常用的 Docker 版本都支持 Docker Daemon 管理宿主机 iptables 的，而且一旦启动进程加上 -p host_port:guest_port 的端口映射，Docker Daemon 会直接增加对应的 FORWARD Chain 并且 -j ACCEPT，而默认的 DROP 规则是在 INPUT 链做的，对 docker 没法限制，这就留下了很严重的安全隐患。因此建议：

（1）不在有外网 ip 的机器上使用 Docker 服务。
（2）使用 k8s 等 docker 编排系统管理 Docker 容器。
（3）宿主机上 Docker daemon 启动命令加一个 --iptables=false，然后把常用 iptables 规则写进文件里，再用 iptables-restore 重定向输入去刷新规则。
七、镜像安全
一般情况下，要确保只从受信任的库中获取镜像，推荐使用 harbor 私有仓库。
如果公司使用的不是自己的镜像源，需要使用 Docker 镜像安全扫描工具 Clair，对下载的镜像进行检查。通过与通过与 CVE 数据库同步扫描镜像，验证镜像的 md5 等特征值，确认一致后再基于镜像进一步构建。一旦发现漏洞则通知用户处理， 或者直接阻止镜像继续构建。
八、DockerClient 端与 DockerDaemon 的通信安全
为了防止链路劫持、会话劫持等问题导致 Docker 通信时被中间人攻击，c/s 两端应该通过 TLS 加密方式通讯。
通过在服务端上创建tls密钥证书，再下发给客户端，客户端通过私钥访问容器，这样就保证的docker通讯的安全性。
首先创建ca证书，ca证书只是一个官方认证的证书，接下来要创建server、client节点的证书。
此时创建证书有三步：
（1）设置私钥，确保安全加密
（2）使用私钥签名，确保身份真实不可抵赖
（3）使用ca证书制作证书

master    192.168.80.10    docker-ce
client    192.168.80.15    docker-ce

//首先创建一个存放目录
mkdir /tls
cd /tls/

//生成ca证书
（1）创建ca私钥
openssl genrsa -aes256 -out ca-key.pem 4096            #输入123123
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
genrsa：使用RSA算法产生私钥
-aes256：使用256位密钥的AES算法对私钥进行加密，这样每次使用私钥文件都将输入密码，可省略
-out：输出文件的路径，若未指定输出文件，则为标准输出
4096：指定私钥长度，默认为1024。该项必须为命令行的最后一项参数
----------------------------------------------------------------------------------------------------------

（2）创建ca证书
openssl req -new -x509 -days 1000 -key ca-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out ca.pem            #输入123123
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
req：执行证书签发命令
-new：新证书签发请求
-x509：生成x509格式证书，专用于创建私有CA时使用
-days：证书的有效时长,单位是天
-key：指定私钥路径
-sha256：证书摘要采用sha256算法
-subj：证书相关的用户信息(subject的缩写)
-out：输出文件的路径
----------------------------------------------------------------------------------------------------------

//用ca证书签发server端证书
（3）创建服务器私钥
openssl genrsa -out server-key.pem 4096

（4）生成证书签名请求文件（csr文件）
openssl req -new -key server-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out server.csr

（5）使用ca证书与私钥证书签发服务端签名证书，输入123123
openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in server.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
x509：生成x509格式证书
-req：输入csr文件
-in：要输入的csr文件
-CA：指定ca证书的路径
-CAkey：指定ca证书的私钥路径
-CAcreateserial：表示创建证书序列号文件，创建的序列号文件默认名称为ca.srl
----------------------------------------------------------------------------------------------------------

//用ca证证书签发client端证书
（6）生成客户端私钥
openssl genrsa -out client-key.pem 4096

（7）生成证书签名请求文件
openssl req -new -key client-key.pem -subj "/CN=client" -out client.csr

（8）创建扩展配置文件，使秘钥适合客户端身份验证
echo extendedKeyUsage=clientAuth > extfile.cnf

（9）使用ca证书签发客户端签名证书，输入123123
openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in client.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out client-cert.pem -extfile extfile.cnf

//删除两个证书签名请求文件和扩展配置文件
rm -rf ca.srl client.csr extfile.cnf server.csr

//配置docker服务配置文件
vim /lib/systemd/system/docker.service
--13行--修改
ExecStart=/usr/bin/dockerd --tlsverify --tlscacert=/tls/ca.pem --tlscert=/tls/server-cert.pem --tlskey=/tls/server-key.pem -H tcp://0.0.0.0:2376 -H unix:///var/run/docker.sock

//重启docker服务
systemctl daemon-reload
systemctl restart docker
netstat -natp | grep 2376
setenforce 0

//将 /tls 目录中的 ca.pem、client-cert.pem、client-key.pem 三个文件复制到另一台主机
scp ca.pem root@192.168.80.10:/etc/docker/
scp cert.pem root@192.168.80.10:/etc/docker/
scp key.pem root@192.168.80.10:/etc/docker/

//修改服务端的主机名和 ip 映射
hostnamectl set-hostname master
su

vim /etc/hosts    
127.0.0.1   master

//本地验证
docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 images

//在客户端上操作
hostnamectl set-hostname client
su

vim /etc/hosts
192.168.80.10   master

cd /etc/docker/
docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 images

首先如果要想有一个CA机构签发的证书的话，会自己生成私钥，然后通过私钥证书签名请求(CSR) 让CA去签名，这个证书签名中会包含服务端的- -些信息(比如commonname、organization等) 还有公钥。

CA收到证书签名请求(CSR)之后，会生成一个证书，证书内容包括申请者的信息，CA的信息以及申请者公钥，然后会用CA的私钥进行加密，然后把证书给服务端。

当客户端想要和服务端进行ssL连接的时候要先要发个申请连接的请求。

然后服务端就会把通过CA签发的证书给客户端。

客户端用CA的证书去验证服务端的证书是否正确(一般CA证书会内置在操作系统中，这也是为什么第0步骤会用虚线表示)

客户端验证通过后会用证书中的公钥对数据进行加密保证安全。

注:
●这里只是说的单向SSL过程，如果是双向的话客户端也要有自己的证书
●验证证书通过后之后，客户端和服务端会协商一个对称加密进行通信，因为非对称加密太慢
了。(因为对称加密的过程对本文没影响，所以有兴趣的读者可以自行查找资料或者和我探讨交流)

九、避免Docker 容器中信息泄露
近几年 Github 上大量泄露个人或企业各种账号密码，出现这种问题一般都使用 dockerfile 或者 docker-compose 文件创建容器。
如果这些文件中存在账号密码等认证信息，一旦 Docker 容器对外开放，则这些宿主机上的敏感信息也会随之泄露。
因此可以通过以下方式检查容器创建模板的内容。
# check created users
grep authorized_keys $dockerfile

# check OS users
grep "etc/group" $dockerfile

# Check sudo users
grep "etc/sudoers.d" $dockerfile

# Check ssh key pair
grep ".ssh/.*id_rsa" $dockerfile