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Proteggere i servizi Kubernetes con Istio

Questo tutorial è destinato agli utenti e agli amministratori di Kubernetes interessati a utilizzare il service mesh Istio per eseguire il deployment sicuro dei servizi Kubernetes e abilitare la comunicazione TLS reciproca (mTLS).

Istio e Cloud Service Mesh

Istio non è un prodotto Google supportato. Ti consigliamo di eseguire Cloud Service Mesh gestito. Per saperne di più, consulta Provisioning di Cloud Service Mesh su un cluster GKE Autopilot.

Per eseguire Istio su un cluster GKE Autopilot, devi abilitare le funzionalità Linux NET_ADMIN e NET_RAW nei tuoi container. Si tratta di funzionalità Linux con privilegi. La funzionalità NET_ADMIN concede un ampio accesso alle operazioni di rete, come l'accesso in scrittura a tabelle di routing e firewall. Un malintenzionato potrebbe potenzialmente utilizzare questo accesso per eseguire attacchi di escalation dei privilegi nel tuo cluster. Per maggiori dettagli, consulta la pagina man di CAP_NET_ADMIN.

Cloud Service Mesh offre i seguenti vantaggi:

Puoi eseguire il provisioning di Cloud Service Mesh gestito utilizzando l'API Fleet senza strumenti lato client come istioctl.
Cloud Service Mesh inserisce automaticamente i proxy sidecar nei carichi di lavoro senza concedere privilegi elevati ai tuoi container.
Puoi visualizzare dashboard avanzate per la mesh e i servizi senza alcuna configurazione aggiuntiva e poi utilizzare queste metriche per configurare gli obiettivi del livello di servizio (SLO) e gli avvisi per monitorare l'integrità delle applicazioni.
L'upgrade del control plane di Cloud Service Mesh gestito viene eseguito automaticamente per garantire che tu riceva le patch di sicurezza e le funzionalità più recenti.
Il piano dati gestito di Cloud Service Mesh esegue automaticamente l'upgrade dei proxy sidecar nei tuoi carichi di lavoro, in modo che tu non debba riavviare manualmente i servizi quando sono disponibili upgrade del proxy e patch di sicurezza.
Cloud Service Mesh è un prodotto supportato e può essere configurato utilizzando le API Istio open source standard. Per ulteriori informazioni, vedi Funzionalità supportate.

Prepara l'ambiente

Per configurare l'ambiente:

Imposta le variabili di ambiente:

export PROJECT_ID=PROJECT_ID
gcloud config set project $PROJECT_ID
gcloud config set compute/region us-central1

Sostituisci PROJECT_ID con l' Google Cloud ID progetto.

Clona il repository GitHub:

git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/kubernetes-engine-samples.git

Passa alla directory di lavoro:

cd kubernetes-engine-samples/service-mesh/istio-tutorial

Crea un cluster GKE

Abilita le funzionalità Linux richieste da Istio: NET_RAW e NET_ADMIN. GKE Autopilot non consente NET_ADMIN per impostazione predefinita, ma puoi abilitare NET_ADMIN utilizzando il comando --workload-policies=allow-net-admin in GKE 1.27 e versioni successive:

gcloud container clusters create-auto istio-cluster \
    --location="us-central1" \
    --workload-policies="allow-net-admin"

Per scoprire di più sulla sicurezza di GKE Autopilot, consulta Configurazioni di sicurezza integrate.

Installa Istio

Puoi installare Istio su un cluster GKE utilizzando Istioctl.

In questo tutorial, installi Istio con il profilo di configurazione predefinito consigliato per le implementazioni di produzione.

Installa Istio:
- Per installare l'ultima versione di Istio:
```
curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -
```
- Per installare una versione specifica di Istio:
```
export ISTIO_VERSION=VERSION_NUMBER
curl -L https://istio.io/downloadIstio | TARGET_ARCH=$(uname -m) sh -
```
  Sostituisci VERSION_NUMBER con la versione di Istio che vuoi installare. Per informazioni sulle release di Istio, consulta Annunci delle release.
Aggiungi lo strumento a riga di comando istioctl a PATH:
```
cd istio-*
export PATH=$PWD/bin:$PATH
```
Installa Istio sul cluster:
```
istioctl install --set profile="default" -y
```
Questo passaggio potrebbe richiedere alcuni minuti.

Attendi che i pod Istio siano pronti:

watch kubectl get pods -n istio-system

L'output è simile al seguente:

NAME                                    READY   STATUS        RESTARTS   AGE
istio-ingressgateway-5c47bff876-wjm96   1/1     Running       0          2m54s
istiod-5fc7cb65cd-k8cp4                 1/1     Running       0          2m57s

Quando i pod Istio sono Running, torna alla riga di comando premendo Ctrl+C.

Esegui il deployment dell'applicazione di esempio

In questa sezione utilizzi l'applicazione di esempio Bank of Anthos per creare un mesh di servizi con autenticazione mTLS.

Aggiungi un'etichetta dello spazio dei nomi che indica a Istio di attivare l'inserimento automatico dei proxy sidecar Envoy:
```
kubectl label namespace default istio-injection=enabled
```

Esegui il deployment dell'applicazione di esempio:

cd ..
git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/bank-of-anthos.git
kubectl apply -f bank-of-anthos/extras/jwt/jwt-secret.yaml
kubectl apply -f bank-of-anthos/kubernetes-manifests/

Attendi che l'applicazione sia pronta:

watch kubectl get pods

L'output è simile al seguente:

NAME                                 READY   STATUS    RESTARTS   AGE
accounts-db-0                        2/2     Running   0          2m16s
balancereader-5c695f78f5-x4wlz       2/2     Running   0          3m8s
contacts-557fc79c5-5d7fg             2/2     Running   0          3m7s
frontend-7dd589c5d7-b4cgq            2/2     Running   0          3m7s
ledger-db-0                          2/2     Running   0          3m6s
ledgerwriter-6497f5cf9b-25c6x        2/2     Running   0          3m5s
loadgenerator-57f6896fd6-lx5df       2/2     Running   0          3m5s
transactionhistory-6c498965f-tl2sk   2/2     Running   0          3m4s
userservice-95f44b65b-mlk2p          2/2     Running   0          3m4s

Quando i pod sono Running, torna alla riga di comando premendo Ctrl+C.

Esamina il seguente manifest:

# Copyright 2020 Google LLC
#
# Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
# you may not use this file except in compliance with the License.
# You may obtain a copy of the License at
#
#      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
#
# Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
# distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
# WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
# See the License for the specific language governing permissions and
# limitations under the License.

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: Gateway
metadata:
  name: frontend-gateway
spec:
  selector:
    istio: ingressgateway # use Istio default gateway implementation
  servers:
  - port:
      number: 80
      name: http
      protocol: HTTP
    hosts:
    - "*"
---
apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: VirtualService
metadata:
  name: frontend-ingress
spec:
  hosts:
  - "*"
  gateways:
  - frontend-gateway
  http:
  - route:
    - destination:
        host: frontend
        port:
          number: 80

Questo manifest descrive le risorse Gateway e VirtualService di Istio che espongono l'applicazione e utilizzano Istio come controller Ingress.

Applica il manifest al cluster:

kubectl apply -f bank-of-anthos/extras/istio/frontend-ingress.yaml

Configura mTLS

L'autenticazione TLS reciproca (mTLS) è abilitata per impostazione predefinita in Istio. Ciò significa che Istio monitora i carichi di lavoro del server che sono stati migrati ai proxy Istio e configura automaticamente i proxy client per stabilire connessioni mTLS con questi carichi di lavoro. Istio configura anche i proxy client in modo che non utilizzino mTLS quando si connettono a workload senza proxy sidecar.

Istio può configurare mTLS per funzionare in tre modalità:

PERMISSIVE: i workload accettano sia il traffico mTLS che quello in testo non crittografato.
STRICT: i workload accettano solo il traffico mTLS.
DISABLE: mTLS è disattivato. Utilizza questa modalità se vuoi utilizzare la tua soluzione di sicurezza.

Puoi applicare la configurazione mTLS a livello globale, per spazio dei nomi o per carico di lavoro. In questo tutorial, applichi la configurazione per spazio dei nomi utilizzando la modalità STRICT mTLS.

Esamina il seguente manifest:

apiVersion: security.istio.io/v1beta1
kind: PeerAuthentication
metadata:
  name: default
spec:
  mtls:
      mode: STRICT

Questo manifest descrive una risorsa personalizzata Istio per l'autenticazione peer.

Applica il manifest al cluster:

kubectl apply -f peer-authentication.yaml

Per ulteriori informazioni su mTLS in Istio, consulta Autenticazione TLS reciproca.

Verificare che mTLS sia abilitato

Kiali è una dashboard di osservabilità basata sul web per il mesh di servizi Istio che fornisce una visualizzazione grafica dell'ambiente di microservizi, consentendoti di monitorare e risolvere i problemi delle tue applicazioni. Puoi utilizzare Kiali per verificare che l'autenticazione mTLS sia attivata e funzioni correttamente nelmesh di servizih Istio. Kiali richiede Prometheus come origine dati di telemetria. Questo tutorial utilizza Google Cloud Managed Service per Prometheus.

Installare un'interfaccia di query

Crea un account di servizio IAM con roles/monitoring.viewer per consentire all'interfaccia di query di accedere alle metriche:

gcloud iam service-accounts create monitoring \
    --display-name="Service account for query interface"
gcloud projects add-iam-policy-binding PROJECT_ID \
    --member "serviceAccount:monitoring@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com" \
    --role roles/monitoring.viewer
gcloud iam service-accounts add-iam-policy-binding \
  monitoring@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com \
    --role roles/iam.workloadIdentityUser \
    --member "serviceAccount:PROJECT_ID.svc.id.goog[monitoring/default]"

Crea uno spazio dei nomi Kubernetes:
```
kubectl create namespace monitoring
```

Aggiungi un'annotazione al account di servizio Kubernetes predefinito nello spazio dei nomi per configurare Workload Identity Federation for GKE:

kubectl annotate serviceaccount -n monitoring default \
    iam.gke.io/gcp-service-account=monitoring@PROJECT_ID.iam.gserviceaccount.com --overwrite

Esegui il deployment del carico di lavoro dell'interfaccia di query:

kubectl -n monitoring apply -f https://raw.githubusercontent.com/GoogleCloudPlatform/prometheus-engine/v0.7.1/examples/frontend.yaml

Esamina il seguente manifest:

apiVersion: monitoring.googleapis.com/v1
kind: PodMonitoring
metadata:
  name: istiod
  namespace: istio-system
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: istiod
  endpoints:
  - port: 15014
    path: /metrics
    timeout: 30s
    interval: 60s

Questo manifest descrive una risorsa PodMonitoring che raccoglie le metriche di Istio e Envoy Proxy.

Applica il manifest al cluster:
```
kubectl apply -f pod-monitorings.yaml
```

Ottieni un link all'applicazione di esempio:

INGRESS_HOST=$(kubectl -n istio-system get service istio-ingressgateway -o jsonpath='{.status.loadBalancer.ingress[0].ip}')
echo "http://$INGRESS_HOST"

Apri il link per visualizzare l'applicazione di esempio. Accedi con il nome utente e la password predefiniti per generare traffico tra i microservizi.

Installa Kiali

Ti consigliamo di installare Kiali utilizzando l'operatore Kiali.

Installa l'operatore Kiali:

helm repo add kiali https://kiali.org/helm-charts
helm repo update
helm install \
    --namespace kiali-operator \
    --create-namespace \
    kiali-operator \
    kiali/kiali-operator

Esamina il seguente manifest:

apiVersion: kiali.io/v1alpha1
kind: Kiali
metadata:
  name: kiali
  namespace: istio-system
spec:
  deployment:
    namespace: istio-system
  auth:
    strategy: anonymous
  external_services:
    custom_dashboards:
      prometheus:
        url: "http://frontend.monitoring:9090/"
        auth:
          type: none
    prometheus:
      url: "http://frontend.monitoring:9090/"
      auth:
        type: none
    tracing:
      enabled: false
    grafana:
      enabled: false

Questo manifest descrive una risorsa personalizzata dell'operatore che definisce il server Kiali.

Applica il manifest al cluster:
```
kubectl apply -f kiali.yaml
```

Attendi che il server Kiali sia pronto:

watch kubectl get pods -n istio-system

L'output è simile al seguente:

NAME                                    READY   STATUS    RESTARTS   AGE
istio-ingressgateway-6845466857-92zp8   1/1     Running   0          9m11s
istiod-6b47d84cf-4cqlt                  1/1     Running   0          12m

Quando i pod sono Running, torna alla riga di comando premendo Ctrl+C.

Configura l'inoltro delle porte sul servizio del server Kiali per accedere alla dashboard:
```
kubectl -n istio-system port-forward svc/kiali 8080:20001
```
Apri l'anteprima web. In Kiali, vai alla sezione Grafico e seleziona l'opzione Sicurezza nel menu a discesa Visualizza. Questa visualizzazione mostra lo stato di sicurezza di ogni nodo nel grafico. I nodi con un badge mTLS abilitato indicano che mTLS è abilitato per quel servizio, mentre i nodi senza il badge indicano che mTLS non è abilitato.

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Crea un cluster GKE

Installa Istio

Esegui il deployment dell'applicazione di esempio

Configura mTLS

Verificare che mTLS sia abilitato

Installare un'interfaccia di query

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