如何使用 Distroless 讓你的容器更加安全
使用 Distroless 鏡像來保護 Kubernetes 上的容器。
容器改變了我們看待技術基礎設施的方式。這是我們運行應用程序方式的一次巨大飛躍。容器編排和云服務一起為我們提供了一種近乎無限規模的無縫擴展能力。
根據定義，容器應該包含 「應用程序」 及其 「運行時依賴項」。然而，在現實中，它們包含的遠不止這些。標準容器基礎映像包含標準 Linux 發行版中可以找到的包管理器、shell 和其他程序。
雖然這些都是構建容器鏡像所必需的，但它們不應該成為最終鏡像的一部分。例如，一旦你把包安裝好了，就不再需要在容器中使用 apt 等包管理工具了。
這不僅使你的容器里充滿了不必要的軟件包和程序，而且還為網絡罪犯提供了攻擊特定程序漏洞的機會。
你應該始終了解容器運行時中存在什么，并且應該精確地限制其只包含應用程序所需的依賴項。
除了那些必要的，你不應該安裝任何東西。一些領先的科技巨頭，如谷歌，有多年在生產中運行容器的經驗，已經采用了這種方法。
谷歌現在通過提供 Distroless 鏡像向全世界開放這種能力。谷歌構建的這些鏡像的目標是只包含你的應用程序及其依賴項，同時它們將沒有常規 Linux 發行版的所有特性，包括 shell。
「這意味著雖然可以像以前一樣運行應用程序的容器，但不能在容器運行的時候進入容器內」。這是一個重大的安全改進，因為你現在已經為黑客通過 shell 進入你的容器關上了大門。
Distroless 基礎鏡像
谷歌為大多數流行的編程語言和平臺提供了 Distroless 的基礎鏡像。
以下基礎鏡像是正式發布的版本：
- gcr.io/distroless/static-debian10
- gcr.io/distroless/base-debian10
- gcr.io/distroless/java-debian10
- gcr.io/distroless/cc-debian10
- gcr.io/distroless/nodejs-debian10
下面的基礎鏡像仍在實驗階段，不推薦用于生產環境：
- gcr.io/distroless/python2.7-debian10
- gcr.io/distroless/python3-debian10
- gcr.io/distroless/java/jetty-debian10
- gcr.io/distroless/dotnet
構建 Distroless 鏡像
谷歌在內部使用 Bazel 來構建容器映像，但是我們可以使用 Docker 來做同樣的事情。關于使用 Distroless 鏡像的一個有爭議的問題是：當我們有一個 Distroless 鏡像時，我們如何使用 Dockerfile 來構建我們的應用程序呢?
通常，Dockerfile 以一個標準的 OS 基礎鏡像開始，然后是創建適當的運行時構建所需執行的多個步驟。這包括包的安裝，為此需要像 apt 或 yum 這樣的包管理器。
有兩種方法：
- 先在 Docker 外部構建好你的應用程序，然后使用 Dockerfile 中的 ADD 或 COPY 指令將二進制包復制到容器中。
- 使用多階段 Docker 構建。這是 Docker 17.05 及以后版本的一個新特性，它允許你將構建分為不同的階段。第一階段可以從標準的 OS 基礎鏡像開始，可以幫助你構建應用程序;第二階段可以簡單地從第一階段獲取構建的文件并使用 Distroless 作為基礎鏡像。
為了理解它是如何工作的，讓我們使用多階段構建流程進行一個實際操作練習。
必要條件
你需要具備以下內容：
- Docker 版本大于等于 17.05，用于構建鏡像
- 可選的 Kubernetes 集群用于實踐練習的第二部分。如果你想在 Docker 中運行你的容器，你可以使用等價的 docker 命令。
GitHub 代碼倉
作為實踐練習，將 此代碼倉 Fork 到你的 GitHub 帳號下，然后克隆 GitHub 代碼倉并使用 cd 進入到項目目錄下。
該代碼倉包含一個 Python 的 Flask 應用程序，當你調用API時，該應用程序會響應 Hello World!。
app.py 文件如下所示：
- from flask import Flask
- app = Flask(__name__)
- @app.route("/")
- def hello():
- return "Hello World!"
- if __name__ == '__main__':
- app.run(host='0.0.0.0', debug=True)
Dockerfile 包含兩個階段：
- FROM python:2.7-slim AS build
- ADD . /app
- WORKDIR /app
- RUN pip install --upgrade pip
- RUN pip install -r ./requirements.txt
- FROM gcr.io/distroless/python2.7
- COPY --from=build /app /app
- COPY --from=build /usr/local/lib/python2.7/site-packages /usr/local/lib/python2.7/site-packages
- WORKDIR /app
- ENV PYTHONPATH=/usr/local/lib/python2.7/site-packages
- EXPOSE 5000
- CMD ["app.py"]
構建階段：
- 從 python:2.7-slim 的基礎鏡像開始
- 將應用程序復制到 /app 目錄下
- 升級 pip 并安裝依賴
Distroless 階段：
- 從 gcr.io/distroless/python2.7 的基礎鏡像開始
- 將應用程序從構建階段的 /app 目錄復制到當前階段的 /app 目錄
- 將 python 的 site-packages 從構建階段復制到當前階段的 site-packages 目錄
- 設置工作目錄到 /app，將 python PATH 設置為 site-packages 目錄，并暴露 5000 端口
- 使用 CMD 指令運行 app.py
由于 Disroless 鏡像不包含 shell，所以應該在最后使用 CMD 指令。如果不這樣做，Docker 將認為它是一個 shell CMD，并試圖這樣執行它，但這是不工作的。
構建鏡像：
- $ docker build -t <your_docker_repo>/flask-hello-world-distroless .
- Sending build context to Docker daemon 95.74kB
- Step 1/12 : FROM python:2.7-slim AS build
- ---> eeb27ee6b893
- Step 2/12 : ADD . /app
- ---> a01dc81df193
- Step 3/12 : WORKDIR /app
- ---> Running in 48ccf6b990e4
- Removing intermediate container 48ccf6b990e4
- ---> 2e5e335be678
- Step 4/12 : RUN pip install --upgrade pip
- ---> Running in 583be3d0b8cc
- Collecting pip
- Downloading pip-20.1.1-py2.py3-none-any.whl (1.5 MB)
- Installing collected packages: pip
- Attempting uninstall: pip
- Found existing installation: pip 20.0.2
- Uninstalling pip-20.0.2:
- Successfully uninstalled pip-20.0.2
- Successfully installed pip-20.1.1
- Removing intermediate container 583be3d0b8cc
- ...................................
- Successfully installed Jinja2-2.11.2 MarkupSafe-0.23 click-7.1.2 flask-1.1.2 itsdangerous-0.24 werkzeug-1.0.1
- Removing intermediate container c4d00b1abf4a
- ---> 01cbadcc531f
- Step 6/12 : FROM gcr.io/distroless/python2.7
- ---> 796952c43cc4
- Step 7/12 : COPY --from=build /app /app
- ---> 92657682cdcc
- Step 8/12 : COPY --from=build /usr/local/lib/python2.7/site-packages /usr/local/lib/python2.7/site-packages
- ---> faafd06edeac
- Step 9/12 : WORKDIR /app
- ---> Running in 0cf545aa0e62
- Removing intermediate container 0cf545aa0e62
- ---> 4c4af4333209
- Step 10/12 : ENV PYTHONPATH=/usr/local/lib/python2.7/site-packages
- ---> Running in 681ae3cd51cc
- Removing intermediate container 681ae3cd51cc
- ---> 564f48eff90a
- Step 11/12 : EXPOSE 5000
- ---> Running in 7ff5c073d568
- Removing intermediate container 7ff5c073d568
- ---> ccc3d211d295
- Step 12/12 : CMD ["app.py"]
- ---> Running in 2b2c2f111423
- Removing intermediate container 2b2c2f111423
- ---> 76d13d2f61cd
- Successfully built 76d13d2f61cd
- Successfully tagged <your_docker_repo>/flask-hello-world-distroless:latest
登錄到 DockerHub 并推送鏡像：
- docker login
- docker push <your_docker_repo>/flask-hello-world-distroless:latest
登錄到 DockerHub(或者你的私有鏡像倉)，你應該會看到容器鏡像可以使用：
如果你看一下壓縮后的大小，它只有 23.36 MB。如果你使用 slim 發行版作為基礎鏡像，它將占用 56 MB。
你已經減少了超過一半的容器占用空間。That’s amazing!
在 Kubernetes 中運行容器
為了測試構建是否有效，讓我們在 Kubernetes 集群中運行容器。如果你沒有 Kubernetes，你可以運行等價的 Docker 命令來做相同的活動，因為 Kubectl 和 Docker 命令是相似的。
我在代碼倉中創建了一個 kubernetes.yaml 文件，該文件包含使用我們構建的鏡像的 Deployment 和 負載均衡的 Service。
- ---
- apiVersion: apps/v1
- kind: Deployment
- metadata:
- name: flask-deployment
- spec:
- selector:
- matchLabels:
- app: flask
- replicas: 2
- template:
- metadata:
- labels:
- app: flask
- spec:
- containers:
- - name: flask
- image: bharamicrosystems/flask-hello-world-distroless
- ports:
- - containerPort: 5000
- ---
- apiVersion: v1
- kind: Service
- metadata:
- name: flask-service
- spec:
- selector:
- app: flask
- ports:
- - port: 80
- targetPort: 5000
- type: LoadBalancer
這是一個非常簡單的設置。負載均衡器監聽端口 80 并映射到目標端口 5000。這些 Pods 在默認的 5000 端口上監聽 Flask 應用程序。
應用：
- $ kubectl apply -f kubernetes.yaml
- deployment.apps/flask-deployment created
- service/flask-service created
我們查看一下所有的資源，看看我們已經創建了什么：
- $ kubectl get all
- NAME READY STATUS RESTARTS AGE
- pod/flask-deployment-576496558b-hnbxt 1/1 Running 0 47s
- pod/flask-deployment-576496558b-hszpq 1/1 Running 0 73s
- NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE
- service/flask-service LoadBalancer 10.8.9.163 35.184.113.120 80:31357/TCP 86s
- service/kubernetes ClusterIP 10.8.0.1 <none> 443/TCP 26m
- NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
- deployment.apps/flask-deployment 2/2 2 2 88s
- NAME DESIRED CURRENT READY AGE
- replicaset.apps/flask-deployment-576496558b 2 2 2 89s
我們看到存在兩個 Pods、一個 Deployment、一個帶有外部 IP 的 LoadBalancer 服務和一個 ReplicaSet。
讓我們訪問應用程序：
- $ curl http://35.184.113.120
- Hello World!
我們得到了 Hello World!。這表明 Flask 應用程序在正常工作。
使用 Shell 對應用程序進行訪問
正如我在引言中所描述的，Disroless 容器中沒有 shell，因此不可能進入到容器內。然而，讓我們試著在容器中執行 exec：
- $ kubectl exec -it flask-deployment-576496558b-hnbxt /bin/bash
- OCI runtime exec failed: exec failed: container_linux.go:349: starting container process caused "exec: \"/bin/bash\": stat /bin/bash: no such file or directory": unknown
- command terminated with exit code 126
我們無法連接到容器上。
容器日志呢?如果拿不到容器日志，我們就失去了調試應用程序的方法。
讓我們試著去拿日志：
- $ kubectl logs flask-deployment-576496558b-hnbxt
- * Running on http://0.0.0.0:5000/
- * Restarting with reloader
- 10.128.0.4 - - [31/May/2020 13:40:27] "GET / HTTP/1.1" 200 -
- 10.128.0.3 - - [31/May/2020 13:42:01] "GET / HTTP/1.1" 200 -
所以容器日志是可以被獲取到的!
結論
使用 Distroless 作為基礎鏡像是一種令人興奮的保護容器安全的方式。由于鏡像小并且僅包含應用程序和依賴項，因此它為應用程序提供了最小的攻擊面。它在更大程度上提高了應用程序的安全性，所以它是保護容器安全的好方法。
