如何深入理解 EKS IRSA 的实现机制

Posted 2021-03-19

一、aws-iam-token 的生成

1.1 token 生成

我们这里使用的 AWS 完全管理的 K8s 集群 EKS，并且通过如下命令创建了 iamserviceaccount [1]。

eksctl create iamserviceaccount --name alice --namespace default --cluster eks --attach-policy-arn arn:aws:iam::aws:policy/AmazonS3ReadOnlyAccess --approve  --override-existing-serviceaccounts

关于 IRSA 的一个架构图大致如下：

在由 API Server 创建一个 pod 后，由 Self-hosted Kubernetes setup [2] 所说，由于 IRSA 是基于 Service Account 的方式进行验证，其中，产生 Token 的行为由 API Server 在启动阶段的以下相关参数决定，以下参数通过 CloudWatch 获取到 API Server 的相关启动参数：

--service-account-key-file="[/etc/kubernetes/pki/sa.pub]"
--service-account-signing-key-file=“”
--service-account-issuer="https://oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/900B62D5EA15DC82EC523AD824232853"

因为 token 其实是由 controller manager 签署，sa 的私钥在其启动参数中，所以我们查看其启动参数如下：

--service-account-private-key-file="/etc/kubernetes/pki/sa.key"

在 token 签署完成后，会触发 eks-pod-identity-webhook，由 eks-pod-identity-webhook 协助将相关的 Token 信息以 Projected Volume [3] 的形式挂在到 Pod 中，并把 iam service account 中的 role-arn 和刚刚生成的 token 注入到 Pod 的环境变量中。

我可以通过查看 Pod 的 yaml 文件查看其相关信息：

spec:
  containers:
  - command:
    - sh
    - -c
    - echo Hello Kubernetes! && sleep 360000
    env:
    - name: AWS_ROLE_ARN
      value: arn:aws:iam::921283538843:role/eksctl-eks-addon-iamserviceaccount-default-a-Role1-SSGCB7DDESI5
    - name: AWS_WEB_IDENTITY_TOKEN_FILE
      value: /var/run/secrets/eks.amazonaws.com/serviceaccount/token
    image: amazonlinux:latest
    imagePullPolicy: Always
    name: myapp
    resources: {}
    terminationMessagePath: /dev/termination-log
    terminationMessagePolicy: File
    volumeMounts:
    - mountPath: /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
      name: alice-token-qlsjp
      readOnly: true
    - mountPath: /var/run/secrets/eks.amazonaws.com/serviceaccount
      name: aws-iam-token
      readOnly: true
  volumes:
  - name: aws-iam-token
    projected:
      defaultMode: 420
      sources:
      - serviceAccountToken:
          audience: sts.amazonaws.com
          expirationSeconds: 86400
          path: token
  - name: alice-token-qlsjp
    secret:
      defaultMode: 420
      secretName: alice-token-qlsjp

可以看到系统里面挂载了两个 token，

• /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount：由 Service Account Admission Controller [4] 创建，其属于 Kubernetes 默认创建的 Token 配置文件。
• /var/run/secrets/eks.amazonaws.com/serviceaccount：由 eks-pod-identity-webhook 协助挂载，其中定义了 projected volume 的配置 [5]。

1.2、OIDC 相关信息

EKS 已经帮助我们创建好了 OIDC，通过自建 OIDC [6]，我们可以了解到更多关于 OIDC 的信息。

在 EKS OIDC discovery 文件中，其最终将其放置于 /.well-known/openid-configuration 配置文件定义下列规范：

    {
        "issuer": "https://oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756",
        "jwks_uri": "https://oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756/keys",
        "authorization_endpoint": "urn:kubernetes:programmatic_authorization",
        "response_types_supported": ["id_token"],
        "subject_types_supported": ["public"],
        "claims_supported": ["sub", "iss"],
        "id_token_signing_alg_values_supported": ["RS256"]
    }

以及 jwks_uri 描述 signing key 的信息，用于进行查询验证：

 {
        "keys": [{
            "kty": "RSA",
            "e": "AQAB",
            "use": "sig",
            "kid": "22b7abf04dc344c44fb83499508a158d789d82d5",
            "alg": "RS256",
            "n": "qJj1vYyzD0CpEaU93PlPdroS_Xir23X6GdLptyCMFb5zVNoSvegTo8Bb0_zb-8-z_VYoUj-L-3q8sP6R3Hp03ozkBCKa-cQ3gtITFUuQ6UQr0oIQjeZ3etJCOt1GktXLjeYssGiW58ToiTFzqjoeqGzz2-75WS6nsFnxCyCLg-2xFq4ALFrI4fAnwKwaQKowJQDKuUA50Tqv9P9ctEclHDlVi7K3_3giyiToZtmNUn-4KpQNx-a-4I7avn8d67UybOFOdYFeDnyOe9E8Ajuis22v2CvRr7rHEFjyxVCPoT0NFqiXkQMApd-7A6Rs33kIt7STwVBWhjFT5F--BzgJfQ"
        }]
    }

二、Pod 访问 AWS 的资源

假如当这个 Pod 去访问 aws s3 资源的时候，我们发现可以直接使用命令aws s3 ls，由此可知，awscli 已经自动帮我们请求了 assume-role-with-web-identity，关于 awscli 为什么会自动请求这个接口，请参考文档 [7]。后续的资源请求会调用获取的临时凭证，临时凭证的存储位置为 ~/.aws/cli/cache。

我们也可也手动去 sts 服务获取临时凭证，命令如下：

aws sts assume-role-with-web-identity --role-arn $AWS_ROLE_ARN --role-session-name alice --web-identity-token file://$AWS_WEB_IDENTITY_TOKEN_FILE

获取的内容大致如下：

{
    "Credentials": {
        "AccessKeyId": "ASIA5NAGHF6NZIPEBVGZ",
        "SecretAccessKey": "U5GXw/lcz0PTbHUPO+A7Rk4RbMAK9ISzdrYW9BeK",
        "SessionToken": "IQoJb3JpZ2luX2VjELL//////////wEaCXVzLWVhc3QtMSJIMEYCIQC7Myfzl1QvG87aAF8ZdrFACbiQbNrtzzuQfLf+QX6j4AIhAJtehbkrVMLuO7HWjzetrwkHBCGxttoGFCn8stAxfs/rKpsECCoQABoMOTIxMjgzNTM4ODQzIgxy22hqmCjadsTNf/0q+AN4hIfLXLrUtwVuysbDCuGKZByp/Ow2N/t4JaeVaN7F7qYFVMRjm2nltxc1UTsfOTlIigR6mdKqdHWX982bVlSzu95oocK4vOLcLOh4TCOTehFTnH8ghe0GMd4Pyydi5yjrSM08JRZ+ACw/7/NgZM+p8e1JWI2aLOWk66K3rTqWnKL0V2EM3d8MkVSpjRcv1Rk3j+DBnlnpD8AulTA8vxa3p2JM8jw+EHgsnFIpBoseWrOpVeY21XHkkxU8bSZCbuqWbVkrRPmNccr0Kc6MXb6jN4tXfB0/L0PjQiHqB1O74nx4f0mQGvrI8nJwAGHCRj++bOwuHG3j7CTZqrXXmzphECUKkGE0nr1zpT5CqjoZsM7e/LhDUxNznAwIpQ9AUAoi6ZMWP4wlpVOFWm/qNNZBFRX9hGb8DTLdFBgPhXB+scch52Kc/n+HYdW5sDj88eh5s9JjwR8Nst25gaVJKam++5hfIqz25PJXOXIQ51mDkY3SpvKVsa4ORXDVFJd6s+IXPpaSoqCkYfbsmXs6PVs1cnH1ZF89z2qmFalzed+QVRydQJv21j+C3wYB4foKZZpL5+qd9oXdtpBc5vHaqTbhEL9fhheCchOurTlgqLzY2PegVdzqzaCyZoL0jnEYSYXNWPGOJlIVz2cnYsW8xexh5rm1hGp7VckwsuS28AU63wF4DQFwtFbyU08QpLgBbVUpmmrG06A4Hb4ouLihGLm61LTX487gMADfoBpfMcOdLmOxKLKja1KAdtas4qHE0sovubGF5s/1ntVA44GPMIAWZlnAEf4N03YG6AbJzWxBdLZ4FZBCluLzQtm0Y2r61o92KdId5hDFF1wm/9NfH3xpi3TNW9IZbIWAan2ccoPorgZOZjqfMGqj9PDnGkVqeWX9jo6RoqFPTNigngf7FAx/kk1Q7l+eoD94P2VIKrfAAhTfGm1WPsA+1mOgzkRPGgKhbw+I+mmbloegJRY9Om8S",
        "Expiration": "2020-01-02T10:04:50Z"
    },
    "SubjectFromWebIdentityToken": "system:serviceaccount:default:alice",
    "AssumedRoleUser": {
        "AssumedRoleId": "AROA5NAGHF6NZWI5VRGOR:alice",
        "Arn": "arn:aws:sts::921283538843:assumed-role/eksctl-eks-addon-iamserviceaccount-default-a-Role1-SSGCB7DDESI5/alice"
    },
    "Provider": "arn:aws:iam::921283538843:oidc-provider/oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756",
    "Audience": "sts.amazonaws.com"
}

那么 STS 如何与 OIDC Provider 进行验证并且最终发布 Secret Key 及 Access Key。

由于 IAM Role 的设计也包含其他 Federation 验证的机制 [8]。在前面使用 eksctl 创建的iamserviceaccount 的时候，创建了一个 role arn:aws:iam::921283538843:role/eksctl-eks-addon-iamserviceaccount-default-a-Role1-SSGCB7DDESI5 的资源项目，例如：

{
  "Version": "2012-10-17",
  "Statement": [
    {
      "Effect": "Allow",
      "Principal": {
        "Federated": "arn:aws:iam::921283538843:oidc-provider/oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756"
      },
      "Action": "sts:AssumeRoleWithWebIdentity",
      "Condition": {
        "StringEquals": {
          "oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756:aud": "sts.amazonaws.com",
          "oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756:sub": "system:serviceaccount:default:alice"
        }
      }
    }
  ]
}

他信任这个 Federation 来源的用户，只要是 token 可也通过 OIDC 的验证，并且满足 Condition 即可，因为我们知道，token 是由 controller manager 通过 --service-account-private-key-file="/etc/kubernetes/pki/sa.key 签署完成，而 OIDC 的 jwks_uri 里面的验证证书为 sa.pub，这是一对秘钥对，因此可也可以信任 token，这是一个 json web token [9]，我们可以查看其 Payload 结构信息如下：

{
  "aud": [
    "sts.amazonaws.com"
  ],
  "exp": 1578041687,
  "iat": 1577955287,
  "iss": "https://oidc.eks.us-east-1.amazonaws.com/id/93BEE997ED0F1C1BA3BD6C8395BE0756",
  "kubernetes.io": {
    "namespace": "default",
    "pod": {
      "name": "myapp",
      "uid": "873e92b0-2d3d-11ea-8820-0a64f353aa45"
    },
    "serviceaccount": {
      "name": "alice",
      "uid": "7a58554d-2bb1-11ea-8820-0a64f353aa45"
    }
  },
  "nbf": 1577955287,
  "sub": "system:serviceaccount:default:alice"
}

一旦 Pod 与 STS 服务器节点发起 AssumeRoleWithWebIdentity 动作时，用户端会带入 WebIdentityToken 信息，其中 STS 会将该 Token 经由您配置的 OIDC Provider 上提供的凭证信息进行比对验证 (keys.json)，确认其您用户端使用 Service Account Token 发起来源为您的 OIDC Provider 所签署识别其来源，并且，认证您在 Trust Relationship 的政策，以允许您的用户端操作 AssumeRoleWithWebIdentity 动作而可以获取您对应 IAM Role 的临时存取信息，最终返回对应的 AccessKeyID 及 SecretAccessKey 资讯，使您的用户端能够再度使用该临时金钥访问其他 AWS 资源 (例如：S3 Bucket)

参考、OAuth 2.0 VS OIDC

OAuth 2.0

OIDC

参考文档：
https://www.simpleorientedarchitecture.com/openid-connect-in-a-nutshell/
https://tools.ietf.org/html/rfc6749
https://openid.net/specs/openid-connect-core-1_0.html