Best Practices für die Verwaltung von Secrets und sensiblen Daten in Kubernetes-Clustern

Kubernetes ist das Rückgrat moderner Cloud-nativer Anwendungen und automatisiert Bereitstellung, Skalierung und Management. Diese leistungsstarke Orchestrierungsschicht erfordert jedoch akribische Aufmerksamkeit für die Sicherheit, insbesondere wenn es um sensible Daten wie Anmeldeinformationen, API-Schlüssel und private Zertifikate geht. Ein unsachgemäßer Umgang mit diesen Elementen kann zu katastrophalen Sicherheitsverletzungen führen, selbst innerhalb einer ansonsten sicheren Cluster-Architektur. Dieser Artikel dient als Leitfaden für die Implementierung robuster Sicherheitspraktiken zur Verwaltung von Secrets und sensiblen Konfigurationsdaten in Ihren Kubernetes-Umgebungen.

Wir werden native Kubernetes-Funktionen, erstklassige Verschlüsselungsstrategien und kritische Betriebsmuster untersuchen, die darauf ausgelegt sind, das Expositionsrisiko Ihrer wertvollsten Assets zu minimieren.

Kubernetes Secrets verstehen: Der Standardmechanismus

Kubernetes führt das Secret-Objekt ein, das speziell zur Speicherung sensibler Informationen entwickelt wurde. Obwohl nützlich, ist es entscheidend, seine Einschränkungen und sein Standardverhalten in Bezug auf die Sicherheit zu verstehen.

Standardverhalten und Einschränkungen

Standardmäßig sind Kubernetes Secrets nicht im Ruhezustand (at rest) in etcd, dem Backing Store des Clusters für alle Konfigurationsdaten, verschlüsselt. Sie sind lediglich Base64-kodiert, was keine tatsächliche Verschlüsselung bietet. Jeder, der Zugriff auf den etcd-Datenspeicher hat (z. B. Cluster-Administratoren, kompromittierte Nodes), kann diese Werte leicht dekodieren.

Warnung: Verlassen Sie sich niemals ausschließlich auf das Standard-Kubernetes-Secret-Objekt für hochsensible Daten, ohne Verschlüsselungsmaßnahmen anzuwenden.

Base64-Kodierung vs. Verschlüsselung

Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass Base64-Kodierung Sicherheit bietet. Base64 ist ein Kodierungsschema, kein Verschlüsselungsschema. Es ist leicht umkehrbar:

# Beispiel für die Dekodierung eines Kubernetes Secret-Wertes
echo 'c3VwZXItc2VjcmV0Cg==' | base64 -d
# Ausgabe: super-secret

Ebene 1: Secrets im Ruhezustand sichern (etcd-Verschlüsselung)

Der grundlegendste Schritt zur Sicherung von Secrets besteht darin, sicherzustellen, dass sie auf der Speicherebene (etcd) verschlüsselt sind. Dies schützt Daten auch dann, wenn die zugrunde liegende Datenbank direkt zugänglich ist.

Verschlüsselung im Ruhezustand aktivieren

Die Verschlüsselung im Ruhezustand wird über den Kubernetes API-Server mithilfe eines EncryptionConfiguration-Objekts konfiguriert. Diese Konfiguration legt fest, welche Provider zum Verschlüsseln verschiedener in etcd gespeicherter Datentypen, einschließlich secrets, verwendet werden sollen.

Schlüsselkomponenten der Verschlüsselungskonfiguration:

kind: EncryptionConfiguration: Deklariert den Ressourcentyp.
resources: Spezifiziert, welche API-Ressourcen verschlüsselt werden sollen.
providers: Definiert den Verschlüsselungsmechanismus. Gängige Provider sind aescbc, aesgcm und KMS-Provider (wie AWS KMS oder GCP KMS).

Best Practice: Verwenden Sie einen starken Provider wie aesgcm, wenn Sie einen statischen Schlüssel verwenden, oder integrieren Sie sich idealerweise in einen verwalteten Key Management Service (KMS), der nur über den API-Server zugänglich ist.

Ebene 2: Secrets im Transit und bei der Nutzung sichern

Während die etcd-Verschlüsselung das Problem des „Ruhezustands“ löst, werden Secrets immer noch vom Kubelet entschlüsselt, wenn sie in einen Pod eingebunden werden. Wir müssen kontrollieren, wie und wo diese Secrets erscheinen.

Strategie 1: Secrets als Volume mounten

Der Standardweg, Secret-Daten in einen Container einzuschleusen, besteht darin, sie als Volume zu mounten (was oft zu einer Datei im Dateisystem des Containers führt).

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: secure-app
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx
    volumeMounts:
    - name: secret-volume
      mountPath: "/etc/config/db"
      readOnly: true
  volumes:
  - name: secret-volume
    secret:
      secretName: my-sensitive-secret

Sicherheitsaspekt: Wenn ein Container abstürzt oder einen Core-Dump erzeugt, kann die Secret-Datei auf der Festplatte des Nodes verbleiben. Verwenden Sie readOnly: true und stellen Sie sicher, dass die Container-Laufzeitumgebung keine Artefakte hinterlässt.

Strategie 2: Umgebungsvariablen (für hohe Sensibilität abgeraten)

Obwohl praktisch, ist die Verwendung von Umgebungsvariablen, die aus Secrets stammen, für hochsensible Secrets im Allgemeinen nicht empfehlenswert. Umgebungsvariablen können leicht durchgesickert werden durch:

Container-Logs, die von schlecht konfigurierten Anwendungen erzeugt werden.
Das Lesen von /proc/1/environ innerhalb des Containers oder anderer privilegierter Container.
Container-Inspektionswerkzeuge.

Verwenden Sie Umgebungsvariablen nur für Konfigurationsdaten mit geringer Sensibilität, wenn Sie sie unbedingt verwenden müssen.

Ebene 3: Erweiterte Verwaltung mit externen Secret Stores

Das sicherste Muster besteht darin, sensible Daten vollständig außerhalb der Kubernetes-Steuerungsebene (etcd) zu halten und sie zur Laufzeit dynamisch mithilfe spezialisierter Tools abzurufen.

Verwendung von External Secrets Operatoren

External Secrets Operatoren überbrücken die Lücke zwischen einem Secret, das sicher in einem dedizierten Vault (wie HashiCorp Vault, AWS Secrets Manager, Azure Key Vault) gespeichert ist, und dem nativen Kubernetes-Secret-Objekt.

Speichern: Das eigentliche Secret lebt nur im externen Vault.
Synchronisieren/Einfügen: Ein Operator überwacht eine benutzerdefinierte Ressource (wie ExternalSecret) und ruft die Daten aus dem Vault ab.
Erstellung: Der Operator erstellt dann ein standardmäßiges Kubernetes Secret-Objekt lokal, das dann in die Pods gemountet werden kann.

Vorteil: Wenn der Kubernetes-Cluster kompromittiert wird, erhält der Angreifer nur Zugriff auf das dynamisch generierte, zeitlich begrenzte lokale Secret, nicht auf die im Vault gespeicherten Master-Anmeldeinformationen.

Verwendung des Secrets Store CSI Drivers

Für Anwendungen, die direkten, kurzlebigen Zugriff benötigen, ohne das Secret überhaupt lokal in etcd zu speichern, ist der Secrets Store CSI Driver die überlegene Wahl.

Der Driver nutzt einen Provider (z. B. Vault-Provider, Azure-Provider).
Er mountet das Secret direkt aus dem externen Store als temporäres Volume in das Dateisystem des Pods, wodurch die Notwendigkeit entfällt, die Secret-Daten jemals in etcd zu schreiben.

Dies bietet das höchste Maß an Sicherheit, indem das Secret vollständig aus der etcd-Datenbank eliminiert wird.

Operative Best Practices für das Secrets Management

Über die technischen Speichermechanismen hinaus ist eine gute operative Hygiene entscheidend, um eine sichere Haltung aufrechtzuerhalten.

1. Prinzip der geringsten Berechtigung (PoLP)

Stellen Sie sicher, dass das einem Pod zugeordnete Service-Konto nur Berechtigungen zum Lesen des spezifischen Secrets hat, das es benötigt, und keine anderen. Verwenden Sie Role-Based Access Control (RBAC), um Berechtigungen eng zu begrenzen.

2. Secrets häufig rotieren

Implementieren Sie automatisierte Rotationspläne für alle Anmeldeinformationen. Langlebige Secrets erhöhen das Zeitfenster für Kompromittierungen. Tools, die in externe Vaults integriert sind, übernehmen diese Rotation oft automatisch.

3. Zugriff auditieren und überwachen

Konfigurieren Sie die Audit-Protokollierung, um zu verfolgen, wer Secret-Objekte liest oder modifiziert. Tools, die in externe Vaults integriert sind (wie Vault Agents oder CSI-Treiber), sollten auch Zugriffsversuche auf den externen Speicher protokollieren.

4. Secrets niemals in Git committen

Dies ist eine grundlegende Regel. Speichern Sie niemals Roh- oder sogar Base64-kodierte Secrets in Git-Repositories, selbst in privaten. Verwenden Sie Tools wie git-secrets oder Konfigurationsmanagement-Templating-Tools (wie Helm oder Kustomize) in Kombination mit externen Secret-Injektionsmechanismen, um Bereitstellungsmanifeste zu verwalten.

Beispiel mit Kustomize (Externe Referenz):

Bei der Verwendung von Templating können Sie Platzhalter in Ihren Manifestdateien verwenden und sich auf einen Build-Schritt oder eine CI/CD-Pipeline verlassen, um die tatsächlichen Secret-Werte, die sicher aus einem Vault abgerufen wurden, vor dem Anwenden des YAML auf den Cluster einzufügen.

Übersichttabelle der Verwaltungsstrategien

Strategie	Sicherheitsstufe	Etcd-Exposition?	Komplexität	Am besten geeignet für
Standard K8s Secret (ohne etcd-Verschlüsselung)	Sehr niedrig	Ja (Klartext)	Niedrig	Nur für temporäres Testen
K8s Secret mit etcd-Verschlüsselung	Mittel	Ja (Verschlüsselt)	Mittel	Allgemeine Konfigurationsdaten
External Secrets Operator	Hoch	Ja (Operator-verwaltetes Secret)	Hoch	Standardisierung des Secrets Managements
Secrets Store CSI Driver	Höchste	Nein (Direkt-Mount)	Hoch	Hochsensible Anmeldeinformationen und Token

Durch die Einführung eines mehrschichtigen Ansatzes – beginnend mit der etcd-Verschlüsselung und fortschreitend zur Integration externer Vaults mithilfe moderner CSI-Treiber – können Unternehmen ihre Kubernetes-Cluster erheblich besser gegen die Offenlegung von Secrets absichern.