Protegendo a comunicação de microsserviços com mTLS no Kubernetes

Kubernetes, a plataforma de orquestração de fato para aplicativos em contêineres, oferece um ambiente poderoso para implantação e gerenciamento de microsserviços. Mas à medida que cresce o número de serviços interligados, a necessidade de um mecanismo de segurança robusto torna-se cada vez mais crítica.

Os microsserviços geralmente se comunicam entre si para realizar operações comerciais complexas. Esta comunicação envolve a troca de dados confidenciais, como credenciais de usuário, informações de pagamento e identificadores pessoais.

Na ausência de medidas de segurança adequadas, estes dados podem ser interceptados ou adulterados, levando a violações de privacidade e comprometimento da integridade. Além disso, a natureza dinâmica dos microsserviços e seu constante escalonamento exigem uma solução de segurança ágil e automatizada.

O Mutual Transport Layer Security (mTLS) surgiu como uma solução poderosa para enfrentar esses desafios de segurança.

O mTLS se baseia no protocolo Transport Layer Security (TLS), comumente conhecido por proteger a comunicação pela Internet usando criptografia. No entanto, o mTLS leva a segurança um passo adiante ao impor a autenticação mútua entre as partes em comunicação.

Ou seja, tanto o cliente quanto o servidor são obrigados a apresentar certificados digitais válidos, garantindo não só a comunicação criptografada, mas também autenticada.

mTLS e Kubernetes

Kubernetes fornece a plataforma perfeita para implementação de mTLS devido aos seus recursos dinâmicos de descoberta e gerenciamento de serviços. Com serviços sendo frequentemente adicionados, removidos ou escalonados em um cluster Kubernetes, o mTLS garante que cada nova instância seja autenticada antes de poder se comunicar com outros serviços.

Isso cria uma base de segurança robusta, permitindo que os desenvolvedores se concentrem na criação de recursos sem comprometer a integridade e a privacidade do fluxo de dados entre microsserviços.

Neste artigo, mergulharemos na implementação prática do mTLS em um cluster Kubernetes. Aproveitaremos o Istio, uma malha de serviço de código aberto que fornece recursos avançados de rede e segurança para microsserviços.

Pré-requisitos para implementação de mTLS no Kubernetes

Antes de começar a implementar o mTLS em seu cluster Kubernetes, certifique-se de ter os seguintes pré-requisitos em vigor.

• Um cluster Kubernetes. Você deve ter um cluster Kubernetes funcional instalado e funcionando. Pode ser um cluster local configurado usando ferramentas como Minikube ou um ambiente Kubernetes gerenciado em nuvem como Google Kubernetes Engine (GKE), Amazon Elastic Kubernetes Service (EKS) ou Microsoft Azure Kubernetes Service (AKS).
• Kubectl. Certifique-se de ter a ferramenta de linha de comando kubectl instalada e configurada corretamente para interagir com seu cluster Kubernetes. Esta ferramenta será usada para gerenciar e interagir com os recursos do cluster.
• Conhecimento básico de Kubernetes. Uma compreensão fundamental dos conceitos do Kubernetes, como pods, serviços, implantações e namespaces, é essencial. Você deve se sentir confortável em criar, gerenciar e excluir esses recursos usando comandos kubectl.
• Microsserviços conteinerizados. Prepare as imagens de contêiner para os microsserviços que você pretende implantar no tutorial. Essas imagens devem ser hospedadas em um registro de contêiner acessível ao cluster Kubernetes.
• Instalação do Istio. Como usaremos o Istio para implementar o mTLS, você precisa ter o Istio instalado em seu cluster Kubernetes. Siga a documentação de instalação do Istio relevante para o seu ambiente.
• Helm (opcional, mas recomendado). Helm é um gerenciador de pacotes para Kubernetes que simplifica a implantação de aplicações e serviços. Embora não seja estritamente obrigatório, o uso do Helm pode agilizar a instalação de aplicativos complexos como o Istio. Se você estiver usando o Helm, verifique se ele está instalado e configurado.
• Nomes de domínio válidos. Os recursos mTLS do Istio geralmente dependem de nomes de domínio válidos para gerar certificados. Se você estiver configurando o mTLS para um ambiente de produção, ter nomes de domínio válidos (ou usar certificados curinga) ajudará a garantir uma implementação mais tranquila.
• Acesso à documentação do Istio. Mantenha a documentação oficial do Istio à mão. Será o seu recurso ideal para configurar os recursos do Istio, incluindo mTLS.

Nota: Este tutorial pressupõe que você esteja trabalhando em um ambiente controlado para aprendizado e experimentação. A implementação de medidas de segurança como o mTLS num ambiente de produção envolve planeamento cuidadoso, coordenação e medidas de segurança potencialmente adicionais. Consulte sempre as práticas recomendadas e diretrizes de segurança relevantes para seu caso de uso específico.

Você tem todos esses pré-requisitos em vigor? Então vamos começar.

Etapa 1: instalar o Istio

O Istio atua como uma malha de serviço, fornecendo uma camada de controle e observabilidade aos serviços em um cluster Kubernetes. Ele simplifica a implementação de recursos de segurança como TLS mútuo, ao mesmo tempo que oferece gerenciamento de tráfego, balanceamento de carga e muito mais.

Para instalar o Istio, você pode usar sua ferramenta de instalação oficial istioctl.

Baixe o Istio:

curl -L https://istio.io/downloadIstio | sh -

Vá para o diretório do pacote Istio:

cd istio-*

Adicione o Istio ao seu PATH:

export PATH=$PWD/bin:$PATH

Instale o Istio em seu cluster Kubernetes:

istioctl install

Etapa 2: implantar serviços de exemplo

Vamos começar configurando serviços de amostra. Simularemos dois microsserviços, Serviço A e Serviço B, para demonstrar a comunicação segura. Posteriormente, esses serviços serão configurados para se comunicarem usando mTLS.

Implantando usando implantação do Kubernetes

No Kubernetes, um Deployment recurso é ideal para gerenciar o ciclo de vida de seus aplicativos. Implante o Serviço A e o Serviço B usando arquivos YAML de implantação, que definem quantas instâncias serão executadas e como elas devem ser gerenciadas.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
 name: service-a
 labels:
  app: service-a
 spec:
  replicas: 1
  selector:
   matchLabels:
    app: service-a
  template:
   metadata:
    labels:
     app: service-a
   spec:
    containers:
     - name: service-a
     image: your-service-a-image:tag

YAML semelhante para o serviço B.

Habilitando injeção lateral

O Istio aproveita contêineres secundários para injetar recursos como mTLS em seus pods de aplicativos. Anote a implantação com sidecar.istio.io/inject: "true"

metadata:
 annotations:
  sidecar.istio.io/inject: "true"

Etapa 3: configurar mTLS

Istio’s DestinationRule O recurso é crucial para configurar o mTLS. Ele permite definir políticas de tráfego, incluindo configurações de segurança como modos TLS. Veja como criar uma DestinationRule para impor mTLS:

apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3
kind: DestinationRule
metadata:
 name: enable-mtls
spec:
 host: service-a.default.svc.cluster.local  # Update with actual service name
 trafficPolicy:
  tls:
   mode: ISTIO_MUTUAL

Etapa 4: gerar certificados

Automatizar o processo de geração de certificados é uma função crítica do componente Citadel do Istio, especialmente no contexto de estabelecimento de conexões seguras por meio de mTLS. Esses certificados digitais desempenham um papel fundamental na facilitação da comunicação segura entre serviços na malha do Istio.

A Citadel garante que cada serviço dentro desta malha possua um certificado válido, um requisito crucial para o aspecto de autenticação mútua do mTLS. Esta autenticação exige que tanto o cliente como o servidor apresentem certificados válidos, fortalecendo assim a segurança da sua ligação.

Esta automação vai além da mera conveniência, reduzindo significativamente a sobrecarga manual associada à criação, distribuição e renovação de certificados. Ao automatizar o gerenciamento de certificados, possíveis erros humanos são atenuados e todo o processo é simplificado.

O papel da Cidadela na eliminação da intervenção manual não só aumenta a eficiência operacional, mas também contribui para a fiabilidade da infra-estrutura de segurança.

Além disso, a abordagem automatizada garante consistência em todo o cluster. Todos os serviços integrados ao mesh do Istio recebem certificados atualizados, promovendo um ambiente de comunicação uniforme e seguro. Esta consistência é fundamental para manter uma postura de segurança robusta, especialmente em arquiteturas dinâmicas e distribuídas.

Etapa 5: verifique a comunicação segura

Usando encaminhamento de porta

Para verificar a comunicação segura, use o encaminhamento de porta do Kubernetes para acessar os serviços implantados localmente:

kubectl port-forward service/service-a 8080:80

Monitoramento com ferramentas de observabilidade

O Istio fornece ferramentas de observabilidade como Kiali e Grafana para monitorar o tráfego mTLS. Essas ferramentas oferecem insights sobre o fluxo de tráfego, políticas de segurança e tendências de comunicação.

Etapa 6: limpar

Limpeza de recursos

Depois de testar o mTLS, é essencial limpar os recursos para evitar o consumo desnecessário de recursos. Exclua os serviços, implantações, configurações do Istio e desative a injeção secundária do Istio.

kubectl delete -f service-a.yaml
kubectl delete -f service-b.yaml
kubectl label namespace <namespace> istio-injection-
istioctl x uninstall --purge

Seguindo essas etapas, você terá implementado o mTLS com sucesso para aumentar a segurança da comunicação entre microsserviços em seu cluster Kubernetes.

Lembre-se de que, embora este tutorial forneça um guia completo, o processo real pode variar de acordo com seu ambiente e requisitos específicos. Sempre consulte a documentação oficial do Istio para obter as orientações mais recentes.

Qual é o próximo?

À medida que você se aprofunda no mundo do mTLS, explore o espectro mais amplo de benefícios que uma malha de serviço como o Istio oferece. O Istio vai além do mTLS, fornecendo um conjunto abrangente de ferramentas de segurança e observabilidade. Ele confere controle granular sobre o tráfego, facilita políticas robustas de controle de acesso e fornece insights em tempo real sobre o comportamento da sua malha de serviço.

Explorar essas facetas não apenas consolida a comunicação de microsserviços, mas também fornece um poderoso kit de ferramentas para aprimorar a segurança e o monitoramento geral do sistema.

Ao criptografar a comunicação em um ambiente Kubernetes, aproveitar o potencial do mTLS e verificar os recursos mais amplos do Istio, você não está apenas fortalecendo a base de sua arquitetura de microsserviços, mas também adotando uma abordagem holística para o desenvolvimento de aplicativos seguro, eficiente e resiliente.

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