面试题：容器化场景下如何实现容器镜像签名与验证机制的自动化

Question

假设你负责一个大型容器化项目，项目要求实现容器镜像签名与验证机制的自动化。请描述你的设计思路，包括选用的工具、实现的关键步骤以及如何确保整个自动化流程的可靠性和安全性。

Answer 1

选用工具

1. Containerd：用于容器运行时管理，它原生支持镜像签名与验证相关功能，能够与常见的容器编排工具（如Kubernetes）良好集成。
2. Cosign：由Sigstore项目提供，是一个轻量级的签名和验证工具。它使用OIDC（OpenID Connect）进行身份验证，并与TUF（The Update Framework）集成来管理信任。
3. Kubernetes：作为容器编排工具，在容器化项目中广泛使用，可利用其准入控制机制来实现镜像验证。

关键步骤

1. 签名配置
   • 安装Cosign工具，并配置好密钥管理。可以使用Cosign支持的多种密钥管理方式，如本地密钥文件、云密钥管理服务（如Google Cloud KMS、AWS KMS等）。
   • 在构建镜像的CI/CD流程中，添加Cosign签名步骤。例如，在使用Docker或Buildah构建镜像后，使用Cosign命令对镜像进行签名，如 cosign sign -key <key_path_or_kms_uri> <image_uri>。
2. 镜像仓库配置
   • 配置镜像仓库（如Docker Hub、Harbor等）支持镜像签名相关功能。对于Harbor，可启用Notary服务来管理签名和验证。确保仓库能够接收和存储带有签名的镜像。
3. 验证配置
   • 在Kubernetes集群中，配置准入控制器来验证镜像签名。可以使用Kyverno或OPA（Open Policy Agent）结合Cosign验证逻辑来实现。例如，通过Kyverno策略，在Pod创建时检查镜像签名是否有效，策略示例如下：

apiVersion: kyverno.io/v1
kind: ClusterPolicy
metadata:
  name: validate-image-signature
spec:
  validationFailureAction: Enforce
  rules:
  - name: check-image-signature
    match:
      resources:
        kinds:
        - Pod
    verifyImages:
    - imageReferences: ["*"]
      attestors:
      - cosign:
          key: |
            -----BEGIN PUBLIC KEY-----
            <public_key>
            -----END PUBLIC KEY-----

4. 自动化集成
   • 将签名和验证步骤集成到CI/CD流水线中。在镜像构建完成后自动签名，在部署到Kubernetes集群前自动验证。例如，在GitLab CI/CD或GitHub Actions中添加相应的脚本步骤。

确保可靠性和安全性

1. 密钥管理
   • 使用安全的密钥管理系统，避免密钥泄露。对于云密钥管理服务，利用其访问控制和审计功能。定期轮换密钥，减少密钥长期暴露带来的风险。
2. 签名验证逻辑测试
   • 在CI/CD流水线和Kubernetes准入控制策略中添加单元测试和集成测试。模拟不同的签名场景，确保签名验证逻辑准确无误。
3. 监控与审计
   • 在镜像仓库和Kubernetes集群中设置监控，记录镜像签名验证的相关事件。通过审计日志，可以追踪镜像的签名和验证历史，及时发现异常行为。
4. 更新与维护
   • 定期更新Cosign、Containerd、Kubernetes以及相关工具到最新版本，以获取安全补丁和新功能。关注Sigstore等项目的更新，及时调整签名与验证机制以适应新的安全要求。