Docker—容器安全与TCL加密通讯

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。

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。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 用户最好将 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 Docker Hub 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、嗅探、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，设置 iptable 规则。

1. 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。

1. 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。

1. 共享root用户权限

如果以 root 用户权限运行容器，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）。
（4）SELiux/AppArmor/GRSEC（控制文件访问权限）。
（5）Capability（权限划分）。
（6）Seccomp（限定系统调用）。
（7）禁止将容器的命名空间与宿主机进程命名空间共享。

2.主机级别

（1）为容器创建独立分区。
（2）仅运行必要的服务。
（3）禁止将宿主机上敏感目录映射到容器。
（4）对 Docker 守护进程、相关文件和目录进行审计。
（5）设置适当的默认文件描述符数。
（文件描述符：内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。文件描述符是非负整数。
打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符。读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件）
（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 Dokcer 修改 iptables。
（3）禁止将 Docker 绑定到其他 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）禁止在容器上使用主机网络模式。
（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。

4.镜像级别

（1）创建本地镜像仓库服务器。
（2）镜像中软件都为最新版本。
（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。
（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。
（5）以只读的方式挂载容器的根目录系统。
（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。
（8）限制在容器中可用的进程树，以防止 fork bomb。（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。
（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。
（5）增加实时威胁检测和事件响应功能。
（6）使用中心和远程日志收集服务

五.Docker remote 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。监听内网 ip，docker daemon 启动方式如下：

第一种：通过命令配置socket：

docker -d -H uninx:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.88.137:2375

第二种：修改配置文件

[root@localhost ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service

//第14行修改：

 ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.88.137:2375

重启服务：

[root@localhost docker]# systemctl daemon-reload
[root@localhost docker]# systemctl restart docker

查看监听端口：

[root@localhost docker]# netstat -natp | grep dockerd
tcp        0      0 192.168.88.137:2375     0.0.0.0:*               LISTEN      3848/dockerd        

配置防火墙策略：

//开启防火墙
[root@localhost docker]# systemctl start firewalld.service 
//配置访问策略
[root@localhost docker]# firewall-cmd --permanent --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.88.137" port protocol="tcp" port="2379" accept"
success
//重新加载
[root@localhost docker]# firewall-cmd --reload
success

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。

[root@localhost docker]# firewall-cmd --permanent --zone=public --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.88.0/24" reject"
success
[root@localhost docker]# firewall-cmd --reload
success

七.Docker-TLS加密通讯（生产环境）

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 两端应该通过加密方式通讯。

环境部署：

//修改主机名
[root@localhost docker]# hostnamectl set-hostname master
[root@localhost docker]# su
//创建目录
[root@master docker]# mkdir /tls
[root@master docker]# cd /tls/
//域名解析
[root@master tls]# vim /etc/hosts
127.0.0.1   master
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6

创建ca密钥：

[root@master tls]# openssl genrsa -aes256 -out ca-key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
.................................................................++
.............................................................................................++
e is 65537 (0x10001)
Enter pass phrase for ca-key.pem:	//输入密码123123
Verifying - Enter pass phrase for ca-key.pem:	//再次输入密码123123
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem

创建ca证书：

[root@master tls]# openssl req -new -x509 -days 1000 -key ca-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out ca.pem
Enter pass phrase for ca-key.pem:	//输入密码123123
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem

创建服务器私钥：

[root@master tls]# openssl genrsa -out server-key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
..........................................................................................++
......................................++
e is 65537 (0x10001)
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  server-key.pem

创建签名私钥：

[root@master tls]# openssl req -subj "/CN=*" -sha256 -new -key server-key.pem -out server.csr
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  server.csr  server-key.pem

使用ca证书与私钥证书签名：

[root@master tls]# openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in server.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem
Signature ok
subject=/CN=*
Getting CA Private Key
Enter pass phrase for ca-key.pem:	//输入123123
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  ca.srl  server-cert.pem  server.csr  server-key.pem

生成客户端密钥：

[root@master tls]# openssl genrsa -out key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
................................................................................................................................................................................................++
.............................................................................................................++
e is 65537 (0x10001)
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  ca.srl  key.pem  server-cert.pem  server.csr  server-key.pem

签名客户端

[root@master tls]# openssl req -subj "/CN=client" -new -key key.pem -out client.csr
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  ca.srl  client.csr  key.pem  server-cert.pem  server.csr  server-key.pem

创建配置文件

[root@master tls]# echo extendedKeyUsage=clientAuth > extfile.cnf

创建签名证书，输入123123，需要（签名客户端，ca证书，ca密钥）

[root@master tls]# openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in client.csr -CA ca.pem -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out cert.pem -extfile extfile.cnf
Signature ok
subject=/CN=client
Getting CA Private Key
Enter pass phrase for ca-key.pem:	//密码123123
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.srl    client.csr   key.pem          server.csr
ca.pem      cert.pem  extfile.cnf  server-cert.pem  server-key.pem
[root@master tls]# 

删除多余文件：

[root@master tls]# rm -rf ca.srl client.csr extfile.cnf server.csr
[root@master tls]# ls	//查看
ca-key.pem  ca.pem  cert.pem  key.pem  server-cert.pem  server-key.pem

配置docker：

14行注释掉，添加：

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

重启服务：

[root@master tls]# systemctl daemon-reload
[root@master tls]# systemctl restart docker

将 /tls/ca.pem /tls/cert.pem /tls/key.pem 三个文件复制到另一台主机

scp ca.pem root@192.168.88.138:/etc/docker/
scp cert.pem root@192.168.88.138:/etc/docker/
scp key.pem root@192.168.88.138:/etc/docker/

测试机上操作验证：

//添加域名
[root@localhost ~]# vim /etc/hosts	
192.168.88.137 master
//查看scp的文件
[root@localhost ~]# cd /etc/docker/
[root@localhost docker]# ls
ca.pem  cert.pem  daemon.json  key.json  key.pem
//验证TLS：
[root@localhost docker]# docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 version