Kubernetes Authorize:RBAC Rule 解析器源码分析

RBAC Rule 解析器

示例文件

以下示例文件来自于 https://www.notion.so/RBAC-Rule-9081d97205a14f82b0464ffed550fb8a

Role

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: Role
metadata:
  namespace: default
  name: pod-reader
rules:
- apiGroups: [""] # "" indicates the core API group
  resources: ["pods"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

ClusterRole

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
kind: ClusterRole
metadata:
  # "namespace" omitted since ClusterRoles are not namespaced
  name: secret-reader
rules:
- apiGroups: [""]
  #
  # at the HTTP level, the name of the resource for accessing Secret
  # objects is "secrets"
  resources: ["secrets"]
  verbs: ["get", "watch", "list"]

RoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
# This role binding allows "jane" to read pods in the "default" namespace.
# You need to already have a Role named "pod-reader" in that namespace.
kind: RoleBinding
metadata:
  name: read-pods
  namespace: default
subjects:
# You can specify more than one "subject"
- kind: User
  name: jane # "name" is case sensitive
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  # "roleRef" specifies the binding to a Role / ClusterRole
  kind: Role #this must be Role or ClusterRole
  name: pod-reader # this must match the name of the Role or ClusterRole you wish to bind to
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1
# This cluster role binding allows anyone in the "manager" group to read secrets in any namespace.
kind: ClusterRoleBinding
metadata:
  name: read-secrets-global
subjects:
- kind: Group
  name: manager # Name is case sensitive
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io
roleRef:
  kind: ClusterRole
  name: secret-reader
  apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

AuthorizationRuleResolver接口

AuthorizationRuleResolver 定义了RBAC的解析器需要实现的方法

type AuthorizationRuleResolver interface {
    // GetRoleReferenceRules attempts to resolve the role reference of a RoleBinding or ClusterRoleBinding.  The passed namespace should be the namespace
    // of the role binding, the empty string if a cluster role binding.
    GetRoleReferenceRules(roleRef rbacv1.RoleRef, namespace string) ([]rbacv1.PolicyRule, error)

    // RulesFor returns the list of rules that apply to a given user in a given namespace and error.  If an error is returned, the slice of
    // PolicyRules may not be complete, but it contains all retrievable rules.  This is done because policy rules are purely additive and policy determinations
    // can be made on the basis of those rules that are found.
    RulesFor(user user.Info, namespace string) ([]rbacv1.PolicyRule, error)

    // VisitRulesFor invokes visitor() with each rule that applies to a given user in a given namespace, and each error encountered resolving those rules.
    // If visitor() returns false, visiting is short-circuited.
    VisitRulesFor(user user.Info, namespace string, visitor func(source fmt.Stringer, rule *rbacv1.PolicyRule, err error) bool)
}

GetRoleReferenceRules 方法

GetRoleReferenceRules 通过roleRef rbacv1.RoleRef尝试解析role对RolebindingClusterRoleBinding的引用。

其中namespace 如果为空则表示是集群角色绑定,否则role绑定定义的namespace

GetRoleReferenceRules 解析传递的roleRef 返回该角色所有的PolicyRule

RulesFor 方法

RulesFor 返回指定user的所有PolicyRule(包括namespace和cluster),如果返回了错误,[]PolicyRule数据不完整,slice仅包含所有可检索的PolicyRule。返回不完整的PolicyRule切片而不是遇到错误终止的原因在于PolicyRule是纯粹的可追加的策略,即使不完整,上层调用者也可以基于这些不完整的规则做出一些决定

VisitRulesFor 方法

VisitRulesFor调用为每个user在给定namespace中的所有PolicyRule调用visitor()vistior() 返回错误,遍历应该是短路(short-circuited)操作。

DefaultRuleResolver 实现

DefaultRuleResolver 是对AuthorizationRuleResolver接口的默认实现。

DefaultRuleResolver 数据结构

type DefaultRuleResolver struct {
    roleGetter               RoleGetter
    roleBindingLister        RoleBindingLister
    clusterRoleGetter        ClusterRoleGetter
    clusterRoleBindingLister ClusterRoleBindingLister
}
  • RoleGetter, 接口,用于获取Role
  • RoleBindingLister,接口,用户获取Role的[]RoleBinding
  • ClusterRoleGetter,接口,集群Role
  • ClusterRoleBindingLister,接口,集群Role的[]ClusterRoleBinding

GetRoleReferenceRules 实现

func (r *DefaultRuleResolver) GetRoleReferenceRules(roleRef rbacv1.RoleRef, bindingNamespace string) ([]rbacv1.PolicyRule, error) {
    switch roleRef.Kind {
    case "Role":
        role, err := r.roleGetter.GetRole(bindingNamespace, roleRef.Name)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        return role.Rules, nil

    case "ClusterRole":
        clusterRole, err := r.clusterRoleGetter.GetClusterRole(roleRef.Name)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        return clusterRole.Rules, nil

    default:
        return nil, fmt.Errorf("unsupported role reference kind: %q", roleRef.Kind)
    }
}

首先对roleRef.Kind断言,以判断是namespace级别还是Cluster级别的Role

Namespace Role

  1. 根据roleRef引用的role name 以及 绑定的namespace,使用roleGetter获取Role资源对象
  2. 返回Role定义的Rules

Cluster Role

  1. 根据roleRef引用的role name ,使用clusterRoleGetter获取ClusterRole资源对象
  2. 返回ClusterRole定义的Rules

VisitRulesFor 实现

VisitRulesFor 接收user、namespace(可为空)和visitor 函数,VisitRulesFor仅执行遍历操作,真正的业务逻辑由visitor函数处理。

func (r *DefaultRuleResolver) VisitRulesFor(user user.Info, namespace string, visitor func(source fmt.Stringer, rule *rbacv1.PolicyRule, err error) bool) {
    if clusterRoleBindings, err := r.clusterRoleBindingLister.ListClusterRoleBindings(); err != nil {
        if !visitor(nil, nil, err) {
            return
        }
    } else {
        // sourceDescriber 建立 ClusterRoleBinding 和subjects数据结构,
        // 并将该结构转化为一个可描述string类型
        sourceDescriber := &clusterRoleBindingDescriber{}
        // 遍历所有的 ClusterRoleBinding
        // Note: 时间复杂度 O(N)
        for _, clusterRoleBinding := range clusterRoleBindings {
            // 查找 ClusterRoleBinding下的 Subject 是否有和该user匹配的
            // Note: 时间复杂度 O(N)
            subjectIndex, applies := appliesTo(user, clusterRoleBinding.Subjects, "")
            // 没有匹配继续查找下一个 ClusterRoleBinding 
            if !applies {
                continue
            }
            
            // 到这里说明在 ClusterRoleBinding 中找到了和 user 匹配的 subject, 即这个 ClusterRoleBinding 的 Subject
            // 作用于该 user, 因此查找这个 ClusterRoleBinding 引用的 Role 中 定义的所有的 PolicyRules
            rules, err := r.GetRoleReferenceRules(clusterRoleBinding.RoleRef, "")
            if err != nil {
                if !visitor(nil, nil, err) {
                    return
                }
                continue
            }
            
            // 保存该user 匹配的 binding 和  subject 数据结构
            sourceDescriber.binding = clusterRoleBinding
            sourceDescriber.subject = &clusterRoleBinding.Subjects[subjectIndex]
            
            // 遍历所有的 Rules
            // Note: 时间复杂度O(N)
            for i := range rules {
                // 将Rule传入visitor函数, 执行相关的业务逻辑, sourceDescriber 实现了String
                // 接口, 可以打印 binding 和 subject 的信息
                if !visitor(sourceDescriber, &rules[i], nil) {
                    return
                }
            }
        }
    }

    // 存在namespace, 收集属于namespace的 RoleBinding
    if len(namespace) > 0 {
        // 获取该namespace的所有 RoleBinding
        if roleBindings, err := r.roleBindingLister.ListRoleBindings(namespace); err != nil {
            if !visitor(nil, nil, err) {
                return
            }
        } else {
            sourceDescriber := &roleBindingDescriber{}
            for _, roleBinding := range roleBindings {
                subjectIndex, applies := appliesTo(user, roleBinding.Subjects, namespace)
                if !applies {
                    continue
                }
                rules, err := r.GetRoleReferenceRules(roleBinding.RoleRef, namespace)
                if err != nil {
                    if !visitor(nil, nil, err) {
                        return
                    }
                    continue
                }
                sourceDescriber.binding = roleBinding
                sourceDescriber.subject = &roleBinding.Subjects[subjectIndex]
                for i := range rules {
                    if !visitor(sourceDescriber, &rules[i], nil) {
                        return
                    }
                }
            }
        }
    }
}

VisitRulesFor 整体流程为:

  1. visitor获取所有的ClusterRoleBinding
  2. 遍历ClusterRoleBinding
  3. 筛选ClusterRoleBinding和user,筛选条件通过 subject 声明做匹配
  4. 根据roleRef查找ClusterRoleBinding的Role,然后获取该Role的所有PolicyRules
  5. 遍历所有的PolicyRules
  6. 调用visitor传入每个PolicyRule,然后执行特定的业务逻辑
  7. 当namespace存在时,执行RoleBinding的筛选算法,和ClusterRoleBinding一致

注意:VisitRulesFo算法的时间复杂度为 O(N^2), N^2 = (ClusterRoleBindings + RoleBindings) * (ClusterRoleBinding Subjects + RoleBinding Subjects)

appliesTo

VisitRulesFor 会调用appliesTo 判断user是否和某个Binding下的Subjects匹配

// Note: O(N)
func appliesTo(user user.Info, bindingSubjects []rbacv1.Subject, namespace string) (int, bool) {
    // 遍历某个binding (可以是RoleBinding或者ClusterRoleBinding) 的所有Subject
    for i, bindingSubject := range bindingSubjects {
        //  判断user是否和subject匹配, 及这个binding是否作用于该user
        if appliesToUser(user, bindingSubject, namespace) {
            return i, true
        }
    }
    return 0, false
}

appliesTo遍历所有的Subjects,执行匹配的是appliesToUser

appliesToUser

func appliesToUser(user user.Info, subject rbacv1.Subject, namespace string) bool {
    switch subject.Kind {
    case rbacv1.UserKind:
        return user.GetName() == subject.Name

    case rbacv1.GroupKind:
        return has(user.GetGroups(), subject.Name)

    case rbacv1.ServiceAccountKind:
        // default the namespace to namespace we're working in if its available.  This allows rolebindings that reference
        // SAs in th local namespace to avoid having to qualify them.
        saNamespace := namespace
        if len(subject.Namespace) > 0 {
            saNamespace = subject.Namespace
        }
        if len(saNamespace) == 0 {
            return false
        }
        // use a more efficient comparison for RBAC checking
        return serviceaccount.MatchesUsername(saNamespace, subject.Name, user.GetName())
    default:
        return false
    }
}

ruleAccumulator

VisitRulesFor 中会调用visitor函数,ruleAccumulatorDefaultRuleResolver 的实现

type ruleAccumulator struct {
    rules  []rbacv1.PolicyRule
    errors []error
}

func (r *ruleAccumulator) visit(source fmt.Stringer, rule *rbacv1.PolicyRule, err error) bool {
    if rule != nil {
        r.rules = append(r.rules, *rule)
    }
    if err != nil {
        r.errors = append(r.errors, err)
    }
    return true
}

具体实现也很简单,ruleAccumulator 用两个slice用于保存遍历过程中所有的 PolicyRuleerror

ruleAccumulator 总是返回true

clusterRoleBindingDescriber

visitor 函数需要传入一个 fmt.Stringer 接口,clusterRoleBindingDescriber 是其实现

 type roleBindingDescriber struct {
    binding *rbacv1.RoleBinding
    subject *rbacv1.Subject
}

func (d *roleBindingDescriber) String() string {
    return fmt.Sprintf("RoleBinding %q of %s %q to %s",
        d.binding.Name+"/"+d.binding.Namespace,
        d.binding.RoleRef.Kind,
        d.binding.RoleRef.Name,
        describeSubject(d.subject, d.binding.Namespace),
    )
}

clusterRoleBindingDescriber 数据结构中保存bindingsubject信息,然后Strig()方法将其转换为一个string。

describeSubject根据subject和namespace返回一个string

func describeSubject(s *rbacv1.Subject, bindingNamespace string) string {
    switch s.Kind {
    case rbacv1.ServiceAccountKind:
        // namespace存在, 输出sa绑定的namespace
        if len(s.Namespace) > 0 {
            return fmt.Sprintf("%s %q", s.Kind, s.Name+"/"+s.Namespace)
        }
        // namespace不存在, 输出sa默认绑定的namespace
        return fmt.Sprintf("%s %q", s.Kind, s.Name+"/"+bindingNamespace)
    default:
        // 其他kind情况
        return fmt.Sprintf("%s %q", s.Kind, s.Name)
    }
}

RulesFor 实现

func (r *DefaultRuleResolver) RulesFor(user user.Info, namespace string) ([]rbacv1.PolicyRule, error) {
    visitor := &ruleAccumulator{}
    r.VisitRulesFor(user, namespace, visitor.visit)
    return visitor.rules, utilerrors.NewAggregate(visitor.errors)
}

分析了前面VisitRulesFor后,RulesFor实现其实很简单,创建一个ruleAccumulator 对象,然后调用VisitRulesFor,之后返回所有的PolicyRule,不过error使用了 NewAggregate 做了一下聚合。

总结

  • AuthorizationRuleResolver 接口定义了解析一个user和相关的PolicyRule的基本操作方法
  • DefaultRuleResolverAuthorizationRuleResolver的默认实现,其中比较重要的是VisitRulesFor的实现,可以看做是一个通用的RoleBindingClusterRolebinding 遍历算法。
  • VisitRulesFor要求传入一个visitor() 函数,这种设计可以让算法和业务逻辑分离
  • VisitRulesFor的实现复杂度是O(N^2)
  • RulesFor 实现了将user所有可检测的PolicyRule收集的功能,不过如果发生错误,则PolicyRule是不完整的
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