sshpiper 在 Kubernetes 上的应用

介绍

GitHub Repo

一个反向代理目标服务器的 proxy，客户端想请求某个 ssh 服务器，直接请求的是 sshpiper 服务，再经由 sshpiper 服务转发到对应的 ssh 服务器，相当于一个中间人。

一开始并不理解这种组件的用处，但实际用了之后感觉还是蛮有意思的。

设想有这样一种场景，你有多个 ssh 服务器，你可能要不停切换 ssh 服务器，这过程中有可能使用不同的 ssh 秘钥来连接。而且如果是想从公司外网连进来，ssh 服务器的端口要对外网开放，会有很大的安全隐患。

ssh 可以通过密码、秘钥两种方式鉴权连接，密码方式相对简单，我也主要是使用秘钥模式连接的，这里主要介绍秘钥连接。

原理

完成整个连接过程，需要有两套秘钥（即两套公钥私钥），我们这里分别称为 PublicKey_X,PrivateKey_X,PublicKey_Y,PrivateKey_Y，其中：

• PrivateKey_X 由客户端持有
• PublicKey_X 由 sshpiper 持有（在 k8s 中由集群保存）
• PrivateKey_Y 由 sshpiper 持有（在 k8s 中由集群保存）
• PublicKey_Y 由 ssh 服务器持有 （写入 .ssh/authorized_keys 中）

客户端持 PrivateKey_X ssh 请求 sshpiper，sshpiper 使用 PublicKey_X 进行校验，校验之后 sshpiper 持 PrivateKey_Y 请求服务器，服务器持 PublicKey_Y 进行校验。

此处提及的 ssh 密钥，公钥均为 ssh-rsa XXXXXX 形式，私钥均为 pem 形式，即类似：-----BEGIN PRIVATE KEY----- 开头，-----END PRIVATE KEY----- 结尾

优点（个人总结）

• ssh 服务器均可以不暴露外网端口，所有外网请求由 sshpiper 代理即可。
• 可以使用同一套 PrivateKey_X 和 PublicKey_X 登录多台服务器。
• 可以利用 PublicKey_X, PrivateKey_X 更好地控制 ssh 访问服务器的权限。

Kubernetes 上的应用

目标：运行一个可以通过 sshpiper 访问的 pod。

安装

在 kubernetes Pod 中使用 sshpiper，先按照此处文档在集群中安装和部署 sshpiper 服务：

https://github.com/tg123/sshpiper/tree/master/plugin/kubernetes

我使用了手动安装，共两步：

1. 安装 CRD
2. 启动 sshpiper 服务

启动 sshpiper 服务时，使用如下 yaml 配置：

# sshpiper service
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: sshpiper
spec:
  selector:
    app: sshpiper
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 2222
      targetPort: 2222
      nodePort: 30022
  type: NodePort
---
apiVersion: v1
data:
  server_key: | # 此配置暂时没发现用处，直接使用官方提供的样例中的值即可
    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
kind: Secret
metadata:
  name: sshpiper-server-key
type: Opaque
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: sshpiper-deployment
  labels:
    app: sshpiper
spec:
  replicas: 1
  selector:
    matchLabels:
      app: sshpiper
  template:
    metadata:
      labels:
        app: sshpiper
    spec:
      serviceAccountName: sshpiper-account
      containers:
      - name: sshpiper
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        image: farmer1992/sshpiperd:latest
        ports:
        - containerPort: 2222
        env:
        - name: PLUGIN
          value: "kubernetes"
        - name: SSHPIPERD_SERVER_KEY
          value: "/serverkey/ssh_host_ed25519_key"
        - name: SSHPIPERD_LOG_LEVEL
          value: "trace"
        volumeMounts:
        - name: sshpiper-server-key
          mountPath: "/serverkey/"
          readOnly: true          
      volumes:
      - name: sshpiper-server-key
        secret:
          secretName: sshpiper-server-key
          items:
          - key: server_key
            path: ssh_host_ed25519_key
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  name: sshpiper-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get"]
- apiGroups: ["sshpiper.com"]
  resources: ["pipes"]
  verbs: ["get", "list", "watch"]
---
apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-sshpiper
subjects:
- kind: ServiceAccount
  name: sshpiper-account
roleRef:
  kind: Role
  name: sshpiper-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
---
apiVersion: v1
kind: ServiceAccount
metadata:
  name: sshpiper-account

1. 官方样例这里 Service 使用了默认的 ClusterIP 类型，但如果要通过外网访问，需要使用 LoadBalancer 或 NodePort 类型。我使用了 NodePort 类型，并映射给了 30022 端口
2. 官方样例设置了一个 Secret sshpiper-server-key， 但并没有说明其用处。不过这个似乎对使用 sshpiper 没有影响，直接填充官方给的默认值即可。默认值在 ReadMe 中没有给出，可以看上面给的 github 路径下的 sample.yaml 文件

启动成功后如下图：

镜像准备

由于需要访问 ssh 服务，所有业务 Pod 的基础镜像需要运行 ssh 服务并暴露 ssh 接口。还需要将 PublicKey_Y 写入目标容器的 .ssh/authorized_keys 文件中。

这里我用官方使用的 lscr.io/linuxserver/openssh-server:latest 镜像，它提供了 PUBLIC_KEY 环境变量，在启动时自动将其中配置的 public_key 写入 .ssh/authorized_keys 文件中。

除此之外，亦可以通过设置 ConfigMap，将 public_key 挂载进容器的路径下。

启动容器

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: host-publickey
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: host-publickey
  template:
    metadata:
      labels:
        app: host-publickey
    spec:
      containers:
      - name: host-publickey
        image: lscr.io/linuxserver/openssh-server:latest
        imagePullPolicy: IfNotPresent
        ports:
        - containerPort: 2222
        env:
        - name: USER_NAME
          value: "user"
        - name: PUBLIC_KEY
          value: "ssh-rsa AAAAB3NzaC1yc2EAAAADAQABAAAAgQDgMF4AKRaRf3V2+6T7rluYW37t5TwuQDcdT966jKhKNHBkLHuT/YhBuWkpHuGR3Wh3S3zGAZ73vZ8zJHXsOPmBakkxPa9lqSHMj7Y0mN/0XvpcIHIdphzKUiEIP65N6OG2ZtYaZYti8wDNs1rW+V2Vx5IlOcT8IiNQ5FNvOozS9w=="
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: host-publickey
spec:
  selector:
    app: host-publickey
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 2222

1. USER_NAME 字段会为你自动创建对应的用户。
2. PUBLIC_KEY 字段填写的是 ssh 公钥明文，非 pem 形式。这里填入的就是上面所说的 PublicKey_Y

创建 pipe

pipe 就是第一步安装中安装的 CRD。它负责定义 from 和 to 的相关信息，以及保存前面提到的 PublicKey_X 和 PrivateKey_Y

apiVersion: v1
data:
  ssh-privatekey: |
    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
kind: Secret
metadata:
  name: host-publickey-key
type: kubernetes.io/ssh-auth
---
apiVersion: sshpiper.com/v1beta1
kind: Pipe
metadata:
  name: pipe-publickey
  annotations:
    privatekey_field_name: ssh-privatekey # this is optional, default is ssh-privatekey
spec:
  from:
  - username: "test"
    authorized_keys_data: "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"
  to:
    host: 10-244-3-30.default.pod.cluster.local:2222
    username: "user"
    private_key_secret:
      name: host-publickey-key
    ignore_hostkey: true

Piper 中所填写的 privateKey，

1. Secret 中定义即为 PrivateKey_Y，经过 base64 编码，用于填写在 to 中，作为 sshpiper 与目标服务器之间的校验。
2. Pipe.spec.from.username 是 ssh 请求 sshpiper 的 username，如： ssh username@sshpiper-ip -p 30022 -i private_key.pem。这里亦可以填写正则匹配，需要设置 Pipe.spec.from.username_regex_match: true
3. Pipe.spec.from.authorized_keys_data 保存 PublicKey_X 的 base64 编码，用于客户端发起请求时，sshpiper 会取的这个公钥与用户的 private_key.pem 进行验证
4. Pipe.spec.to.host 是 k8s 集群中任何能路由到 Pod 的方式，可以直接是 Pod 的 ip，也可以是集群内部支持的域名，可以被集群 DNS 解析，也可以是 Pod 的 Service 对应的域名或路由。参考：https://kubernetes.io/zh-cn/docs/concepts/services-networking/dns-pod-service/#pod
5. Pipe.spec.to.username 为登录到目标服务器上所用的用户名，这个用户名需要存在于目标服务器
6. Pipe.spec.to.private_key_secret 指定了上面定义的 Secret，用于 sshpiper 与目标服务器之间的校验。

注意：

• 如果 Pipe.spec.to.host 填写的是 Service 路由，那么每次 ssh 时，进入的 Pod 可能时 Service 管理下的任何一个 Pod。
• 此处所填公钥私钥，均为其 base64 编码形式。

上面我使用 pod-ip-addres.namespace.pod.cluster-domain.example 方式作为 to.host 。创建 pipe 之后，通过命令 ssh test@sshpiperIP -p 30022 -i ~/.ssh/id_rsa

• 如果 sshpiper Service 为 NodePort 类型，这里 sshpiperIP 即为 nodeIP，port 即为 nodePort
• 如果真实的生产环境中，这里肯定要用上 LoadBalance，或者 nginx、ingress 等组件，以及配置域名解析等方式来代替明文 NodeIP。

应用场景和业务流程

1. 有长期运行的 Pod，而且用户可能频繁进入 Pod 内部进行调试和开发工作。
2. 此时用户相当于 client。
3. 一般要搭配 ssh 管理模块使用。
   1. 创建 ssh 密钥，将私钥返回给用户，作为 client 的 PrivateKey_X，提醒用户妥善保管
   2. ssh 模块保存公钥，即 PublicKey_X，但不保存 PrivateKey_X，私钥一旦丢失，密钥将无法正常使用。
   3. 创建 Pod 时，列出已有 ssh 密钥，用户可选择自己手中已持有的密钥，也可以新创建一对 ssh 密钥。
   4. 点击确认，系统后台再生成一对 ssh 密钥，作为 PublicKey_Y 和 PrivateKey_Y。
   5. 将 PublicKey_Y 绑定入 Pod authorized_keys 中，同时使用 PublicKey_Y 和 PublicKey_X 创建 Pipe 资源
4. 创建成功后，用户可使用所持 PrivateKey_X 成功登入 Pod 中。