云原生安全：攻防实践与体系构建

序
前言
第一部分　云原生安全概述
第1章　云原生安全 2
1.1　云原生：云计算下半场 2
1.2　什么是云原生安全 4
1.2.1　面向云原生环境的安全 4
1.2.2　具有云原生特征的安全 5
1.2.3　原生安全：融合的云原生安全 5
1.3　面向云原生环境的安全体系 7
1.3.1　容器安全 7
1.3.2　编排系统安全 8
1.3.3　云原生应用安全 9
1.4　云原生安全的关键问题 9
1.4.1　如何防护短生命周期的容器 9
1.4.2　如何降低安全运营成本 10
1.4.3　DevSecOps 11
1.4.4　如何实现安全的云原生化 12
1.5　云原生安全现状 13
1.5.1　云原生新范式：Docker + Kubernetes 13
1.5.2　镜像安全问题仍然很突出 14
1.5.3　安全配置规范执行和密钥凭证管理不理想 15
1.5.4　运行时安全关注度上升，但依然很难 17
1.5.5　合规性要求依然迫切，但业界苦于无规可循 18
1.6　本章小结 19
第2章　云原生技术 20
2.1　容器技术 20
2.1.1　容器与虚拟化 20
2.1.2　容器镜像 20
2.1.3　容器存储 21
2.1.4　容器网络 22
2.1.5　容器运行时 22
2.2　容器编排 23
2.3　微服务 23
2.4　服务网格 24
2.5　Serverless 25
2.6　DevOps 26
2.7　本章小结 27
第二部分　云原生技术的风险分析
第3章　容器基础设施的风险分析 30
3.1　容器基础设施面临的风险 30
3.1.1　容器镜像存在的风险 31
3.1.2　活动容器存在的风险 32
3.1.3　容器网络存在的风险 33
3.1.4　容器管理程序接口存在的风险 33
3.1.5　宿主机操作系统存在的风险 34
3.1.6　无法根治的软件漏洞 34
3.2　针对容器化开发测试过程的攻击案例 34
3.2.1　背景知识 35
3.2.2　CVE-2018-15664：符号链接替换漏洞 35
3.2.3　CVE-2019-14271：加载不受信任的动态链接库 39
3.3　针对容器软件供应链的攻击案例 43
3.3.1　镜像漏洞利用 44
3.3.2　镜像投毒 45
3.4　针对运行时容器的攻击案例 48
3.4.1　容器逃逸 48
3.4.2　安全容器逃逸 58
3.4.3　资源耗尽型攻击 73
3.5　本章小结 79
第4章　容器编排平台的风险分析 80
4.1　容器编排平台面临的风险 80
4.1.1　容器基础设施存在的风险 81
4.1.2　Kubernetes组件接口存在的风险 82
4.1.3　集群网络存在的风险 84
4.1.4　访问控制机制存在的风险 84
4.1.5　无法根治的软件漏洞 85
4.2　针对Kubernetes组件不安全配置的攻击案例 85
4.2.1　Kubernetes API Server未授权访问 85
4.2.2　Kubernetes Dashboard未授权访问 86
4.2.3　Kubelet未授权访问 87
4.3　针对Kubernetes权限提升的攻击案例 88
4.3.1　背景知识 88
4.3.2　漏洞分析 90
4.3.3　漏洞复现 94
4.3.4　漏洞修复 101
4.4　针对Kubernetes的拒绝服务攻击案例 102
4.4.1　CVE-2019-11253：YAML炸弹 102
4.4.2　CVE-2019-9512/9514：HTTP/2协议实现存在问题 105
4.5　针对Kubernetes网络的中间人攻击案例 110
4.5.1　背景知识 112
4.5.2　原理描述 115
4.5.3　场景复现 117
4.5.4　防御策略 123
4.6　本章小结 124
第5章　云原生应用的风险分析 125
5.1　云原生应用风险概述 125
5.2　传统应用的风险分析 125
5.3　云原生应用的新风险分析 126
5.3.1　数据泄露的风险 126
5.3.2　未授权访问的风险 128
5.3.3　拒绝服务的风险 129
5.4　云原生应用业务的新风险分析 130
5.4.1　未授权访问的风险 130
5.4.2　API滥用的风险 131
5.5　Serverless的风险分析 131
5.5.1　Serverless特征带来的风险 131
5.5.2　Serverless应用风险 132
5.5.3　Serverless平台风险 132
5.5.4　Serverless被滥用的风险 154
5.6　本章小结 155
第6章　典型云原生安全事件 156
6.1　特斯拉Kubernetes挖矿事件 156
6.1.1　事件分析 156
6.1.2　总结与思考 158
6.2　微软监测到大规模Kubernetes挖矿事件 160
6.2.1　事件分析 160
6.2.2　总结与思考 162
6.3　Graboid蠕虫挖矿传播事件 164
6.3.1　事件分析 164
6.3.2　总结与思考 166
6.4　本章小结 167
第三部分　云原生安全防护思路和体系
第7章　云原生防护思路转变 170
7.1　变化：容器生命周期 170
7.2　安全左移 171
7.3　聚焦不变 171
7.4　关注业务 173
7.5　本章小结 174
第8章　云原生安全体系 175
8.1　体系框架 175
8.2　安全组件简介 176
第9章　左移的安全机制 178
9.1　开发安全 178
9.2　软件供应链安全 178
9.3　容器镜像安全 179
9.3.1　容器镜像安全现状 179
9.3.2　容器镜像安全防护 180
9.4　本章小结 182
第四部分　云原生可观测性
第10章　可观测性概述 184
10.1　为什么需要实现云原生可观测性 184
10.2　需要观测什么 185
10.3　实现手段 186
10.4　本章小结 187
第11章　日志审计 188
11.1　日志审计的需求与挑战 188
11.1.1　需求分析 188
11.1.2　面临的挑战 189
11.2　Docker日志审计 189
11.3　Kubernetes日志审计 192
11.3.1　应用程序日志 192
11.3.2　系统组件日志 193
11.3.3　日志工具 194
11.4　本章小结 195
第12章　监控 196
12.1　云原生架构的监控挑战 196
12.2　监控指标 197
12.3　监控工具 198
12.3.1　cAdvisor和Heapster 199
12.3.2　Prometheus 199
12.4　本章小结 200
第13章　追踪 201
13.1　动态追踪 201
13.2　eBPF 203
13.2.1　eBPF原理与架构 204
13.2.2　eBPF验证器 206
13.2.3　eBPF程序类型 207
13.2.4　eBPF工具 208
13.2.5　小结 210
13.3　基于BPFTrace实现动态追踪 211
13.3.1　探针类型 212
13.3.2　如何使用BPFTrace进行追踪 214
13.4　微服务追踪 219
13.4.1　微服务追踪概述 219
13.4.2　分布式追踪 220
13.4.3　微服务追踪实现示例 220
13.5　本章小结 222
第五部分　容器基础设施安全
第14章　Linux内核安全机制 224
14.1　隔离与资源管理技术 224
14.1.1　内核命名空间 224
14.1.2　控制组 224
14.2　内核安全机制 225
14.2.1　Capabilities 225
14.2.2　Seccomp 225
14.2.3　AppArmor 226
14.2.4　SELinux 226
14.3　本章小结 227
第15章　容器安全加固 228
15.1　概述 228
15.2　容器安全配置 228
15.3　本章小结 229
第16章　容器环境的行为异常检测 230
16.1　基于规则的已知威胁检测 230
16.1.1　检测系统设计 231
16.1.2　基于规则的检测实战：CVE-2019-5736 232
16.1.3　小结 234
16.2　基于行为模型的未知威胁检测 234
16.2.1　检测系统架构 235
16.2.2　学习与检测流程 237
16.2.3　基线设计 238
16.2.4　小结 240
16.3　本章小结 240
第六部分　容器编排平台安全
第17章　Kubernetes安全加固 242
17.1　API Server认证 242
17.1.1　静态令牌文件 242
17.1.2　X.509 客户端证书 243
17.1.3　服务账号令牌 243
17.1.4　OpenID Connect令牌 245
17.1.5　身份认证代理 246
17.1.6　Webhook令牌身份认证 247
17.1.7　小结 248
17.2　API Server授权 249
17.3　准入控制器 252
17.4　Secret对象 256
17.5　网络策略 257
17.6　本章小结 259
第18章　云原生网络安全 260
18.1　云原生网络架构 260
18.1.1　基于端口映射的容器主机网络 260
18.1.2　基于CNI的Kubernetes集群网络 260
18.1.3　服务网格 261
18.2　基于零信任的云原生网络微隔离 261
18.2.1　什么是微隔离 262
18.2.2　云原生为什么需要微隔离 262
18.2.3　云原生网络的微隔离实现技术 263
18.2.4　云原生网络入侵检测 265
18.3　基于Cilium的网络安全方案示例 266
18.3.1　Cilium架构 266
18.3.2　Cilium组网模式 268
18.3.3　Cilium在Overlay组网下的通信示例 268
18.3.4　API感知的安全性 272
18.4　本章小结 277
第七部分　云原生应用安全
第19章　面向云原生应用的零信任安全 280
19.1　什么是信任 280
19.2　真的有零信任吗 282
19.3　零信任的技术路线 282
19.4　云化基础设施与零信任 284
19.5　云原生环境零信任架构 286
19.6　本章小结 287
第20章　传统应用安全 289
20.1　应用程序代码漏洞缓解 289
20.1.1　安全编码 290
20.1.2　使用代码检测工具 290
20.2　应用程序依赖库漏洞防护 290
20.2.1　使用受信任的源 290
20.2.2　使用软件组成分析工具 290
20.3　应用程序访问控制 291
20.4　应用程序数据安全防护 291
20.4.1　安全编码 291
20.4.2　使用密钥管理系统 292
20.4.3　使用安全协议 292
20.5　本章小结 292
第21章　API安全 293
21.1　传统API防护 293
21.2　API脆弱性检测 293
21.3　云原生API网关 294
21.4　本章小结 295
第22章　微服务架构下的应用安全 296
22.1　认证服务 297
22.1.1　基于JWT的认证 297
22.1.2　基于Istio的认证 298
22.2　访问控制 306
22.2.1　基于角色的访问控制 306
22.2.2　基于Istio的访问控制 306
22.3　数据安全 310
22.4　其他防护机制 310
22.4.1　Istio和API网关协同的全面防护 311
22.4.2　I