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Docker容器----安全管理(内涵TLS加密通讯）_容器镜像支持安全通道传输

作者：Gausst松鼠会 | 2024-06-11 10:40:00

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容器镜像支持安全通道传输

前言:

Docker容器是目前很火的技术之一，应用的场景也非常之多，由此而来的安全问题更是称为了重中之重，本篇博客就Docker安全管理，做一些讲述。

一、Docker使用场景

次处列举了Docker 的8个使用场景，分别为：
① 简化配置
- 虚拟机的最大好处是能在你的硬件设施上运行各种配置不一样的平台(软件, 系统), Docker在降低额外开销的情况下提供了同样的功能. 它能让你将运行环境和配置放在代码汇总然后部署, 同一个Docker的配置可以在不同的环境环境中使用, 这样就降低了硬件要求和应用环境之间耦合度.
② 代码流水线管理
- 代码从开发者的机器到最终在生产环境上的部署, 需要经过很多的中坚环境. 而每一个中间环境都有自己微小的差别, Docker给应用提供了一个从开发到上线均一致的环境, 让代码的流水线变得简单不少
③ 提升开发效率
- 不同环境中, 开发者的共同目标
  
  想让开发环境尽量贴近生产环境
  
  想快速搭建开发环境
- 开发环境的机器通常内存比较小, 之前使用虚拟的时候, 我们经常需要为开发环境的机器加内存, 而现在Docker可以轻易的让几十个服务在Docker中跑起来
④ 隔离应用
- 开发时会在一个台机器上运行不同的应用
  
  为了降低成本, 进行服务器整合
  
  将一个整体式的应用拆分成低耦合的单个服务(微服务架构)
⑤ 整合服务器
- Docker隔离应用的能力使得Docker可以整合多个服务器以降低成本. 由于没有多个操作系统的内存占用, 以及能在多个实例之间共享没有使用的内存, Docker可以比虚拟机提供更好的服务器整合解决方案
⑥ 调式能力
- Docker提供了很多的工具, 这些工具不一定只是针对容器, 但是却适用于容器. 他们提供了很多功能, 包括可以为容器设置检查点, 设置版本, 查看两个容器之间的差别, 这些特性可以帮助调试Bug
⑦ 多租户环境
- 多租户环境的应用中, 它可以避免关键应用的重写.我们一个特别的关于这个场景的例子是为loT(物联网)的应用开发一个快速, 易用的多租户环境. 这种多租户的基本代码非常复杂, 很难处理, 重新规划以应用不但消耗时间, 也浪费金钱
- 使用Docker, 可以为每一个租户的应用层的多个实例创建隔离的环境, 这不仅简单而且成本低廉, 因为Docker环境启动的速度快, diff命令很高效
⑧ 快速部署
- Docker为进程创建一个容器, 不需要启动一个操作系统, 时间缩短为秒级别
- 可以在数据中心创建销毁资源而无须担心重新启动带来的开销. 通常数据中心的资源利用率只有30% , 通过使用Docker并进行有效的资源分配可以提高资源的利用率

二、Docker 容器与虚拟机的区别

2.1 隔离与共享

虚拟机通过添加Hypervisor（虚拟机监视器：用于虚拟化硬件）层，虚拟出网卡、内存、CPU等虚拟硬件，再在其上建立虚拟机，每个虚拟机都由自己的系统内核。
Docker容器则是通过隔离的方式，将文件系统、进程、设备、网络等资源进行隔离，再对权限、CPU资源等进行控制。最终让容器之间互不影响
- 容器无法影响宿主机，容器与宿主机共享内核、文件系统、硬件等资源（此处就是隐患之一，可以使用cgroups资源控制来防范）

2.2 性能与损耗

与虚拟机相比，容器资源损耗较小，同样的宿主机下，能够建立容器的数量要比虚拟机多（虚拟机受设定的内存空间限制），容器启动速度类似于应用，如：systemctl start firewalld，近似于毫秒级别。但是，虚拟机的安全性要比容器稍好。
如果要从虚拟机共破到宿主机或者其他虚拟机，需要先攻破Hypervisor层，这是极其困难的
而docker容器与宿主机共享内核、文件系统等资源，更有可能对其他容器产生影响

三、Docker 存在的安全问题

3.1 Docker 自身漏洞

作为一款应用，Docker 本身实现上会有代码缺陷。CVE官方记录Docker历史版本共有超过20项漏洞
黑客常用的攻击手段主要有代码执行、权限提升、信息泄露、权限绕过等。目前Docker版本更迭非常快
- 使用Docker 最好将其升级为最新版本

3.2 Docker 源码问题

Docker 提供了Docker hub，可以让用户上传创建的镜像，以便其他用户下载，快速搭建环境。
同时也带来了一些安全问题。例如以下三种情况：
- ① 黑客上传恶意镜像：如果有黑客再制作的镜像中植入木马、后门等恶意软件，那么环境从一开始就已经不安全了，后续更没有什么安全可言。
- ② 镜像使用有漏洞的软件：Docker hub 上能下载的镜像里面，75%的镜像都安装了有漏洞的软件，所以在下载镜像后，需要检查其中软件的版本信息，对应的版本信息是否存在漏洞，并及时更新打上补丁
- ③ 中间人攻击篡改镜像：镜像在传输过程中可能被篡改，目前版本的Docker已经提供了想要的校验机制来预防这个问题

3.3 Docker 架构缺陷与安全机制

Docker 本身的架构与机制就可能产生问题，例如以下攻击场景：
- 黑客已经控制了宿主机上的一些容器，或者获得了通过在公有云上建立荣光其的方式，然后对宿主机或者其他容器发起攻击。
- ① 容器之间的局域网攻击
  
  主机上的容器之间可以构成局域网，因此针对局域网的ARP欺骗、嗅探、广播风暴等攻击方式便可以用上
- ② DDos 攻击耗尽资源
  
  Cgroups安全机制就是要防止此类工具，不要为单一的容器分配过多的资源即可避免此类问题
- ③ 有漏洞的系统调用
  
  Docker与虚拟机的一个重要的区别就是Docker与宿主机共用一个操作系统内核。一旦宿主内核存在可以越权或者提权的漏洞，尽管Docker使用普通用户执行，在容器被侵入的时候，攻击者还可以利用内核漏洞作为跳板跳到宿主机做更多的事情。
- ④ 共享root用户权限
  
  如果以root用户权限运行容器，容器内的root用户也就拥有了宿主机的root权限

3.4 Docker 安全基线标准

此处将从内核、主机、网络、镜像、容器以及其他等6个方面总结Docker 安全基线标准

3.4.1 内核级别

① 及时更新内核
② User NameSpace （容器内的root权限在容器之外储于非高权限状态）
③ Cgroups（对资源的配额和度量）
④ Selinux/AppArmor/GRSEC(控制文件访问权限)
⑤ Capability（权限划分）
⑥ Seccomp（限定系统调用）
⑦ 禁止将容器命名空间与宿主机进程命名空间共享

3.4.2 主机级别

① 为容器创建独立分区
- 不要和其他应用挂载在同一个分区，可以使用一块远程的存储空间（分布式文件系统）直接挂载使用
② 仅允许必要的服务
③ 禁止将宿主机上敏感目标映射到容器
④ 对Docker 守护进程、相关文件和目录进行审计
⑤ 设置适当的默认文件描述符数
- 文件描述符：内核（kernel）利用文件描述符（file descriptor）来访问文件。文件描述符是非负整数
- 打开现存文件或新建文件时，内核会返回一个文件描述符，读写文件也需要使用文件描述符来指定待读写的文件
⑥ 用户权限为root的Docker相关文件的访问权限应该设为644或者更低权限
⑦ 周期性检查每个主机的容器清单，并清理不必要的容器

3.4.3 网络级别

① 通过iptables 设定规则实现禁止或允许容器之间网络流量
② 允许Docker修改iptables
③ 禁止将Docker绑定到其他IP/Port 或者Unix Socket
④ 禁止容器上映射特权端口
⑤ 容器上之开放所需要的端口
⑥ 禁止在容器上使用主机网络模式
⑦ 若宿主机有多个网卡，将容器进入流量绑定到特定的主机网卡上

3.4.4 镜像级别

① 创建本地镜像仓库服务器
② 镜像中软件都为最新版本
③ 使用可信镜像文件，并通过安全通道下载
④ 重新构建镜像而非对容器和镜像打补丁
⑤ 合理管理镜像标签，及时一处不再使用的镜像
⑥ 使用镜像扫描
⑦ 使用镜像前面

3.4.5 容器级别

① 容器最小化，操作系统镜像最小集
② 容器以单一主进程的方式允许
③ 禁止privileged 标记使用特权容器
④ 禁止在容器上运行ssh服务
⑤ 以只读的方式挂载容器的根目录系统
⑥ 明确定义属于容器的数据盘符
⑦ 通过设置on-failure 限制容器尝试重启的次数，容器反复重启容易丢失数据
⑧ 限制在容器中可用的进程数，以防止fork bomb （fork炸弹，迅速增长子进程，耗尽系统进程数量）

3.4.6 其他设置

① 定期对宿主机系统及容器进行安全审计
② 使用最少资源和最低权限运行容器
③ 避免在统一宿主机上部署大量容器，维持在一个能够管理的数量
④ 监控Docker 容器的使用，性能以及其他各项指标
⑤ 增加实时威胁检测和事件响应功能
⑥ 使用中心和远程日志收集服务

四、容器访问控制

如果仅在容器中运行必要的服务，像SSH等服务是不能轻易开启去连接容器的，通常使用以下方式来进入容器

docker exec -it 容器ID bash

4.1 Docker remote api 访问控制

Docker 的远程调用API接口存在未授权访问漏洞，至少应限制外网访问，可以使用Socket 方式访问
准备两台centos 7虚拟机
- docker 1 IP为192.168.226.132
- docker 2 IP为192.168.226.133
- 目的：在docker1服务器查看docker2服务的镜像/容器状态

4.2 Docker 2服务器配置

环境设置

#关闭核心防护
[root@docker2 ~]# setenforce 0

#查看服务状态
[root@docker2 ~]# netstat -natp | grep docker
[root@docker2 ~]# 
#可见，docker未对外提供访问的端口，无法访问1
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开启访问

[root@docker2 ~]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service 
#14行注销，14行准启动中地址指向的是本地的通讯文件目录
#15行插入以下内容，对外提供2375端口
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H unix:///var/run/docker.sock -H tcp://192.168.226.133:2375
#以上配置项中，通讯文件使用的是unix的
#-H 指定监听地址为本地IP且对外提供的端口为2375
......省略部分内容1
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重新加载参数、重启docker

[root@docker2 ~]# systemctl daemon-reload 
[root@docker2 ~]# systemctl restart docker
[root@docker2 ~]# netstat -natp | grep docker
tcp        0      0 192.168.226.133:2375    0.0.0.0:*               LISTEN      28163/dockerd  
#可见通过2375端口被访问1
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以TCP通讯的方式查看本地容器信息

[root@docker2 ~]# docker -H tcp://192.168.226.133:2375 version
Client: Docker Engine - Community
 Version:           19.03.8
 API version:       1.40
 Go version:        go1.12.17
 Git commit:        afacb8b
 Built:             Wed Mar 11 01:27:04 2020
 OS/Arch:           linux/amd64
 Experimental:      false
......省略部分内容1
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下载镜像、创建容器

[root@docker2 ~]# docker pull nginx
[root@docker2 ~]# docker run -itd --name c1 nginx /bin/bash
.....省略部分内容1
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4.2 Docker 1 使用Tcp通讯方式访问Docker 2

Docker 2需要关闭防火墙或者清空防火墙规则Docker 1才可以以Tcp通讯方式进行访问查询

#Dokcer 2 清空防火墙规则
iptbales -F 

#Docker 1 远程查看Docker 2镜像列表
[root@docker1 ~]# docker -H tcp://192.168.226.133:2375 images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
nginx               latest              602e111c06b6        2 days ago          127MB
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五、限制流量流向

当创建容器之后，会在防火墙中创建规则，允许外部进行访问，但是防火墙默认是没有做内部主动访问外部的规则，所以需要主动设置规则保证安全
使用防火墙过滤器限制Docker 容器的源IP地址范围和外界通讯

[root@docker1 ~]# firewall-cmd --permanent --zone=public --add-rich-rule="rule family="ipv4" source address="192.168.226.132/24" reject"
success

#重载规则
[root@docker1 ~]# firewall-cmd --reload
success1
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参数详解：

–permanent ：永久生效

–zone=public ：公共区域

–add-rich-rule：定义副语言规则

rule family=“ipv4”：版本为ipv4

source address="192.168.226.132/24 ：目标源地址为本地IP 24网段

reject ：拒绝
对于外网访问本地端口的安全问题及建议如下：
① 安全问题：

一般来说，大量问题是因为Docker容器端口外放引起的漏洞。除了操作系统账户权限控制上的问题，更在于对Docker Daemon的进程管理上存在隐患，目前常用的Docker版本都支持Docker Daemon 管理宿主的iptables，而且一旦启动进程加上-p host_port:guest_port 的端口映射，Dokcer Daemon 会直接增加对于的FORWARD Chain并且-j ACCEPT,而默认的DROP规则是在INPUT链做的，对docker没法限制，这就留下了很严重的安全隐患。

② 建议：
- ① 不再有外网ip的机器上使用Docker服务
- ② 使用k8s等docker 编排系统管理Docker 容器
- ③ 宿主上Docker daemon启动命令加一个–iptbales=false，然后把常用的iptables写进文件里，再用iptables-restore刷新

六、镜像安全

Docker 镜像安全扫描，在镜像仓库客户端使用证书认证，对下载的镜像进行检查
通过与CVE数据同步扫描镜像，一旦发现漏洞则通知用户处理，或者直接组织镜像继续构建
如果企业使用的是自己的镜像源，可以跳过此步，否则需要验证baseimage 的md5等特质，确认后再进一步构建
一般情况下，要确保只从受信任的库中获取镜像，并且不建议使用–insecure-registry=[] 参数，推荐使用harbor私有仓库

七、Docker-TLS加密通讯

7.1 TLS简介

TLS（Transport Layer Security，安全传输层)，TLS是建立在传输层TCP协议之上的协议，服务于应用层，它的前身是SSL（Secure Socket Layer，安全套接字层），它实现了将应用层的报文进行加密后再交由TCP进行传输的功能。
为了防止链路劫持、会话劫持等问题导致Docker通讯时被中间人攻击，c/s 两端应该通过加密方式通讯
CA认证：

证书颁发机构（CA, Certificate Authority）即颁发数字证书的机构。是负责发放和管理数字证书的权威机构，并作为电子商务交易中受信任的第三方，承担公钥体系中公钥的合法性检验的责任。

CA 证书颁发的时候，证书中是包含密钥对的，同时用户信息也是进行加密的，所以CA颁发的证书具有两个特点：

① 用户发送的信息都是加密的

② 身份的唯一性

7.2 TLS 配置详解

实验环境

两台centos7 （与上文的IP一致），镜像还原到只安装了Docker 的状态

Docker 1 作为服务端（master）

Docker 2 作为客户端（client）

7.2.1 服务端配置

① 修改主机名和映射文件

[root@localhost ~]# hostnamectl set-hostname master
[root@localhost ~]# su
[root@master ~]# vim /etc/hosts
127.0.0.1   master1
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[root@master ~]# mkdir /tls

③ 创建ca密钥

[root@master tls]# openssl genrsa -aes256 -out ca-key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
.............................++
....++
e is 65537 (0x10001)
Enter pass phrase for ca-key.pem:						#设置密码为123123
Verifying - Enter pass phrase for ca-key.pem:			#重复输入
[root@master tls]# ls
ca-key.pem1
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参数详解：

openssl ：开放源代码的软件库包,应用程序可以使用这个包来进行安全通信,避免窃听。

genrsa：rsa 非对称密钥

-aes256：指定密钥长度位256位

-out ca-key.pem：创建ca-key.pam密钥文件
④ 创建ca证书

[root@master tls]# openssl req -new -x509 -days 1000 -key ca-key.pem -sha256 -subj "/CN=*" -out ca.pam
Enter pass phrase for ca-key.pem:			#创建ca密钥时设置的密码
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.pam
#此ca.pam证书是官方颁发的1
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参数详解、

req -new：请求创建新的证书

-x509：证书的一个参数

-days：证书周期是1000天

-key：指定密钥文件

-sha256：哈希验证

-subj “/CN=*”：指定项目名称

-out ca.pam：产生出ca证书
⑤ 创建证书

以上创建完成后，下面的步骤为：
- 创建自己”master"服务端的证书和“client”客户端的证书
① 创建服务端证书

#创建私钥
[root@master tls]# openssl genrsa -out server-key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
.............................................................................................................................................++
....................++
e is 65537 (0x10001)

#签名私钥
[root@master tls]# openssl req -subj "/CN=*" -sha256 -new -key server-key.pem -out server.csr
#使用server-key.pem 密钥文件进行签名，生成签名文件
#server.csr 签名文件
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.pam  server.csr  server-key.pem
        
#使用ca证书与私钥证书签名，密码输入123123，生成服务端 509证书1
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使用ca证书与私钥证书签名，密码输入123123，生成服务端 509证书

[root@master tls]# openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in server.csr -CA ca.pam -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out server-cert.pem
Signature ok
subject=/CN=*
Getting CA Private Key
Enter pass phrase for ca-key.pem:
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.pam  ca.srl  server-cert.pem  server.csr  server-key.pem1
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参数详解

openssl x509：使用openssl方式生成 509证书

-req ：请求

-days 1000：有效期天数

-sha256：哈希值验证

-in server.csr ：导入签名文件

-CA ca.pam ：加入CA官方授权的证书

-CAkey ca-key.pem：加入CA官方的密钥

-CAcreateserial -out server-cert.pem：创建服务端的证书
② 创建客户端证书

客户端的证书也是要由服务端进行申请

#创建密钥
[root@master tls]# openssl genrsa -out key.pem 4096
Generating RSA private key, 4096 bit long modulus
................................................++
...............++
e is 65537 (0x10001)
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.pam  ca.srl  key.pem  server-cert.pem  server.csr  server-key.pem

#使用密钥进行签名
[root@master tls]# openssl req -subj "/CN=client" -new -key key.pem -out client.csr
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.srl      key.pem          server.csr
ca.pam      client.csr  server-cert.pem  server-key.pem1
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创建配置文件

区分服务端和客户端

[root@master tls]# echo extendedKeyUsage=clientAuth > extfile.cnf
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.srl      extfile.cnf  server-cert.pem  server-key.pem
ca.pam      client.csr  key.pem      server.csr1
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签名证书

[root@master tls]# openssl x509 -req -days 1000 -sha256 -in client.csr -CA ca.pam -CAkey ca-key.pem -CAcreateserial -out cert.pem -extfile extfile.cnf 
Signature ok
subject=/CN=client
Getting CA Private Key
Enter pass phrase for ca-key.pem: 			#密码123123
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.srl    client.csr   key.pem          server.csr
ca.pam      cert.pem  extfile.cnf  server-cert.pem  server-key.pem1
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⑥ 删除多余文件

[root@master tls]# rm -rf ca.srl client.csr extfile.cnf server.csr 
[root@master tls]# ls
ca-key.pem  ca.pam  cert.pem  key.pem  server-cert.pem  server-key.pem1
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⑦ 配置Docker service文件

[root@master tls]# vim /usr/lib/systemd/system/docker.service 
#注释14行默认的准启动内容
#在15行添加准启动内容
ExecStart=/usr/bin/dockerd --tlsverify --tlscacert=/tls/ca.pem --tlscert=/tls/server-cert.pem --tlskey=/tls/server-key.pem -H tcp://0.0.0.0:2376 -H unix:///var/run/docker.sock
#--tls 加密通讯。指定/tls目录下的证书。指定使用tcp访问方式，对外开启端口2376（使用unix通讯文件）
----->wq
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重载参数/进程、重启服务

[root@master tls]# systemctl daemon-reload 
[root@master tls]# systemctl restart docker1

将 /tls中的ca.pem、cert.pem、key.pem 推送到客户端/etc/docker目录下

[root@master tls]# scp ca.pem root@192.168.226.133:/etc/docker/
The authenticity of host '192.168.226.133 (192.168.226.133)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:aSyVuV+25pwNT0PVyk530AC+5Age6Mm3zx2EEXFKdmU.
ECDSA key fingerprint is MD5:5a:d1:49:cb:73:aa:a1:0e:be:41:0c:02:0c:91:30:a0.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '192.168.226.133' (ECDSA) to the list of known hosts.
root@192.168.226.133's password: 
ca.pem                                              100% 1765     1.3MB/s   00:00    
[root@master tls]# scp cert.pem root@192.168.226.133:/etc/docker/
root@192.168.226.133's password: 
cert.pem                                            100% 1696     1.3MB/s   00:00    
[root@master tls]# scp key.pem root@192.168.226.133:/etc/docker/
root@192.168.226.133's password: 
key.pem                                             100% 3243     2.6MB/s   00:00 

#客户端查看推送的文件
[root@client docker]# ls
ca.pem  cert.pem  daemon.json  key.json  key.pem
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7.2.2 验证

① 服务端关闭核心防护、清空防火墙规则
客户端关闭核心防护

#服务端
[root@master tls]# setenforce 0
[root@master tls]# iptables -F

#客户端
[root@client docker]# setenforce 01
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② 在服务端随意下载一个镜像文件

[root@master tls]# docker pull tomcat
[root@master tls]# docker images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
tomcat              latest              927899a31456        32 hours ago        647MB
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③ 本地验证（master服务器）

#在服务端以TCP访问的形式查询镜像列表
[root@master tls]# docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 images
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
tomcat              latest              927899a31456        32 hours ago        647MB1
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参数详解

–tlsverify ：TLS 证书

–tlscacert=ca.pem：CA官方颁发的ca证书

–tlscert=cert.pem：客户端证书

–tlskey=key.pem：客户端密钥证书

-H tcp://master:2376 images：使用tcp 通讯方式查询镜像列表
④ 客户端验证

将master地址添加到hosts

[root@client docker]# vim /etc/hosts
192.168.226.132 master
#添加以上信息1
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在客户端进行验证，以Tcp访问的方式查看master服务端的镜像列表（与上一个本地验证命令相同）
- 使用此方式查询，前提是当前路径中的文件必须包含ca.pam证书，否则会报错

[root@client docker]# docker --tlsverify --tlscacert=ca.pem --tlscert=cert.pem --tlskey=key.pem -H tcp://master:2376 images
 
REPOSITORY          TAG                 IMAGE ID            CREATED             SIZE
tomcat              latest              927899a31456        32 hours ago        647MB1
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八、检查docker模板

2016 年的 8 月 Github 上大量泄露个人或企业各种账号密码，出现这种问题一般都使用 dockerfile 或者 docker-compose 文件创建容器。
如果这些文件中存在账号密码等认证信息，一旦 Docker 容器对外开放，则这些宿主机上的敏感信息也会随之泄露。
可以通过以下方式检查容器创建模板的内容：

# check created users 
grep authorized_keys $dockerfile 
# check OS users 
grep "etc/group" $dockerfile 
# Check sudo users 
grep "etc/sudoers.d" $dockerfile 
# Check ssh key pair 
grep ".ssh/.*id_rsa" $dockerfile 
# Add your checks in below1
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总结

配置思路：

① 在服务端创建ca官方的ca密钥和ca证书

② 设置服务端私钥：确保安全加密

③ 服务端私钥签名：确保身份真实不可抵赖

④ 制作证书

⑤ 客户端:
- 生成客户端密钥
- 密钥签名
- 创建配置文件
- 签名证书
- 配置docker.service
- 重载进程、重启docker
⑥ 在服务端将证书推送到客户端
⑦ 最后在客户端，包含ca.pem文件的目录中使用tcp 通讯访问查询服务端信息

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