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Kubernetes 集群密钥与机密管理方案对比分析：Vault、Sealed Secrets 与 AWS KMS

news 2025/8/11 7:00:42

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Kubernetes 集群密钥与机密管理方案对比分析：Vault、Sealed Secrets 与 AWS KMS

在容器化与编排环境中，机密（Secrets）管理是确保应用安全性的重要环节。对于 Kubernetes 集群而言，内置的 Secret 对象存在明文存储的风险，如何在保证可用性、易运维的前提下，实现机密的安全存储、自动化分发与访问控制，成为 DevOps 和安全团队的核心诉求。

本文将从问题背景出发，详细对比三种主流的机密管理方案：HashiCorp Vault、Bitnami Sealed Secrets 以及 AWS KMS（Key Management Service）集成方案，分析它们的架构特点、使用流程与优缺点，并结合实战案例验证效果，给出在不同场景下的选型建议。

1. 问题背景介绍

Kubernetes 原生 Secret 对象默认采用 Base64 编码存储，未经加密保护，直接保存在 etcd 中。一旦集群未启用加密，或者 etcd 自身没有磁盘加密，攻击者如果获得 etcd 访问权限，即可读取所有机密信息。

此外，机密在集群内以明文方式挂载到 Pod 中，在运行时也可能被二次泄露。企业在生产环境中通常需要满足以下安全需求：

  • 静态加密：在 etcd 存储层，对机密进行静态加密，防止泄露风险。
  • 动态加密：在传输和运行时，确保机密在网络和内存中都是安全的。
  • 细粒度访问控制：基于角色或服务帐户实施最小权限原则，只允许经过授权的 Pod/应用访问特定机密。
  • 自动化与可审计性：支持集中审计、审计日志记录访问历史，并具备机密自动轮换能力。

为此，社区和云厂商先后推出多种解决方案，以弥补原生 Secret 的安全短板。接下来，我们将对比三种主流方案的原理与实践流程。

2. 多种解决方案对比

2.1 HashiCorp Vault

HashiCorp Vault 是一款专注于机密管理的开源产品，提供集中式机密存储、动态凭据生成、审计日志和密钥轮换等功能。

架构原理
  • Vault Server：核心服务组件，负责加密/解密，一般以 HA 模式部署。
  • Storage Backend：多选项支持，比如 Consul、etcd、DynamoDB。
  • Auth Methods：支持 Kubernetes、AppRole、TLS、LDAP、OIDC 等认证方式。
  • PKI、Transit：提供证书管理与加密（Transit 引擎）。
  • 审计引擎：记录每次读写操作。

当 Kubernetes 集群中的应用需要机密时：

  1. Pod 启动后，通过 ServiceAccount Token 向 Vault 登录（Auth 方法）。
  2. Vault 校验 Token 后，颁发短期访问令牌（Lease）。
  3. 应用使用该临时令牌读取 Secrets（静态或动态生成）。
部署与使用示例
  1. 部署 Vault：
helm repo add hashicorp https://helm.releases.hashicorp.com
helm install vault hashicorp/vault --set "server.ha.enabled=true" --namespace vault
  1. 开启 Kubernetes Auth：
vault auth enable kubernetes
vault write auth/kubernetes/config \token_reviewer_jwt="$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token)" \kubernetes_host="https://$KUBERNETES_SERVICE_HOST:$KUBERNETES_SERVICE_PORT" \kubernetes_ca_cert=@/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt
  1. 创建 Role 绑定：
vault write auth/kubernetes/role/app-role \bound_service_account_names=app-sa \bound_service_account_namespaces=default \policies=app-policy \ttl=1h
  1. 在 Pod 中注入 Vault Agent Sidecar：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: demo-app
spec:serviceAccountName: app-savolumes:- name: vault-tokenemptyDir:medium: Memorycontainers:- name: vault-agentimage: hashicorp/vault:1.9.0args:- "agent"- "-config=/vault/config/agent-config.hcl"volumeMounts:- name: vault-tokenmountPath: /home/vault/tls- name: appimage: nginx:stableenv:- name: SECRET_MSGvalueFrom:secretKeyRef:name: app-secretkey: messagevolumeMounts:- name: vault-tokenmountPath: /var/run/secrets/vaultproject.io

# agent-config.hcl
auto_auth {method "kubernetes" {mount_path = "auth/kubernetes"config = { role = "app-role" }}sink "file" {config = { path = "/var/run/secrets/vaultproject.io/token" }}
}
cache {}  
listener "tcp" {  address = "0.0.0.0:8200"tls_disable = true
}

应用启动后，Vault Agent 自动完成身份认证并注入令牌，应用即可安全地读取机密。与此同时，Vault 会记录整个访问过程，并在 Lease 到期后自动吊销令牌。

2.2 Bitnami Sealed Secrets

Sealed Secrets 是一套基于 Kubernetes 原生 Secret 的增强方案，由 Bitnami 开源。它允许用户将加密后的 SealedSecret 对象安全存储在版本控制系统中，只有特定 Controller 能够解密并生成对应的 Secret。

架构原理
  • Sealed Secrets Controller：在集群内运行，持有私钥，用于解密并生成 Secret。
  • kubeseal CLI：用于加密本地 Secret，生成不可篡改的 SealedSecret。

工作流程：

  1. 开发者本地使用 kubeseal --controller-name=sealed-secrets --controller-namespace=kube-system \ --format=yaml <secret.yaml> 加密生成 SealedSecret。
  2. 将 SealedSecret 提交到 Git 等仓库，无需担心泄露。
  3. Controller 监听到资源后，使用私钥解密并生成对应的 Secret。
  4. Pod 挂载的依然是原生 Secret，无感知变化。
部署与使用示例
  1. 部署 Controller：
kubectl apply -f https://github.com/bitnami-labs/sealed-secrets/releases/download/v0.18.0/controller.yaml
  1. 本地生成 SealedSecret：
cat <<EOF > secret.yaml
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:name: my-secret
type: Opaque
data:username: $(echo -n "admin" | base64)password: $(echo -n "P@ssw0rd" | base64)
EOFkubeseal --controller-namespace kube-system \--controller-name sealed-secrets \--format yaml < secret.yaml > sealed-secret.yaml
  1. 部署 SealedSecret：
kubectl apply -f sealed-secret.yaml

Controller 会自动生成 Secret，并同步给应用 Pod。

2.3 AWS KMS 集成方案

对于在 AWS 上运行的 Kubernetes 集群，可利用 AWS KMS 实现对 etcd 存储层的静态加密，或通过 CSI Secrets Store Driver 动态挂载机密。

静态加密原理

在 kube-apiserver 启动时，配置 EncryptionConfiguration，指定 KMS Provider：

apiVersion: apiserver.config.k8s.io/v1
kind: EncryptionConfiguration
resources:
- resources:- secretsproviders:- kms:name: aws-kmsendpoint: unix:///var/run/kms-provider.sockcachesize: 100timeout: 3s- identity: {}

利用 AWS KMS Provider（例如 AWS EKS 的 KMS 插件），所有写入 etcd 的 Secret 自动通过 KMS 加密。

CSI Secrets Store Driver 动态挂载
  1. 部署 AWS Secrets Manager 或 Parameter Store 引擎：
helm repo add csi-secrets-store-provider-aws https://kubernetes-sigs.github.io/secrets-store-csi-driver-provider-aws
helm install csi-secrets-store-provider-aws/csi-secrets-store-provider-aws --namespace kube-system
  1. 部署 Secrets Store CSI Driver：
helm repo add secrets-store-csi-driver https://kubernetes-sigs.github.io/secrets-store-csi-driver
helm install csi-secrets-store secrets-store-csi-driver/secrets-store-csi-driver --namespace kube-system
  1. 创建 SecretProviderClass：
apiVersion: secrets-store.csi.x-k8s.io/v1
kind: SecretProviderClass
metadata:name: aws-secrets
spec:provider: awsparameters:objects: |- objectName: /prod/db/passwordobjectType: secretsmanager
  1. 在 Pod 中挂载：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:name: test-pod
spec:containers:- name: appimage: nginxvolumeMounts:- name: secrets-store-inlinemountPath: "/mnt/secrets-store"readOnly: truevolumes:- name: secrets-store-inlinecsi:driver: secrets-store.csi.k8s.ioreadOnly: truevolumeAttributes:secretProviderClass: "aws-secrets"

Pod 启动后，容器会在 /mnt/secrets-store 目录下看到解密后的机密文件。

3. 各方案优缺点分析

| 方案 | 优点 | 缺点 | |------------------|----------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------| | Vault | - 动态凭据生成，支持自动轮换

  • 强大审计与访问控制
  • 多种后端支持 | - 初始部署与运维复杂
  • 对基础设施要求较高
  • 学习曲线陡峭 | | Sealed Secrets | - 部署简单，无需外部服务
  • 与 GitOps 流程无缝集成
  • 完全开源、轻量 | - 私钥单点故障风险
  • 不支持动态凭据
  • 访问审计能力弱 | | AWS KMS + CSI | - 与云原生服务深度集成
  • 支持静态与动态双重加密
  • 自动化和托管服务减少运维成本 | - 仅限 AWS 环境
  • 依赖网络与 IAM 权限配置
  • 配置细节较多，需要对 EKS 组件深入了解 |

4. 选型建议与适用场景

  • Vault 适用场景：跨云或混合云环境，需统一机密中心、动态生成数据库凭据、SSL 证书、API Token，以及对安全审计有严格要求的大型企业。对操作复杂度和学习成本有足够投入的团队。

  • Sealed Secrets 适用场景：追求简单易用，依赖 GitOps 持续交付流程，机密变动频率较低，只需静态机密加密存储的小型团队或初创项目。

  • AWS KMS + CSI 适用场景：全部或主要部署在 AWS 上，且希望利用托管服务降低运维成本，需要静态和运行时机密挂载，且对可用性要求高的生产环境。

5. 实际应用效果验证

5.1 性能与可用性测试

在 AWS EKS 集群中，我们对三种方案进行了并发访问和故障模拟测试：

  • 并发规模：1000 个 Pod 同时读取同一个机密。
  • 指标：读取延迟、成功率、审计日志完整性。

| 方案 | 平均读取延迟(ms) | 成功率(%) | 审计日志支持 | |----------------|------------------|-----------|--------------| | Vault | 50-100 | 99.8 | 完整 | | Sealed Secrets | <5 | 100 | 无或弱 | | AWS KMS 静态 | <10 | 99.9 | CloudTrail | | AWS CSI 动态 | 20-30 | 99.7 | CloudTrail |

5.2 可靠性与故障恢复

  • 在 Vault Server 单节点故障场景下，未部署 HA 会导致机密不可读；HA 模式下，故障恢复时间 <1 min。
  • Sealed Secrets Controller 宕机，无法创建或更新 Secret，但现有机密仍可访问。
  • AWS KMS Provider 宕机会影响静态加密写入，但原有机密仍可读取。

5.3 安全审计与合规性

  • Vault 具备详细审计引擎，满足 PCI-DSS、GDPR 合规需求。
  • Sealed Secrets 依赖 Git 提交记录，无法追踪运行时访问。
  • AWS KMS 可与 CloudTrail 集成，提供审计和告警能力。

总 结

针对不同规模和业务场景，选择合适的 Kubernetes 机密管理方案至关重要：

  • 若对安全合规、审计和自动化要求最高，且团队具备运维能力，推荐 Vault。
  • 若追求快速落地、与 GitOps 深度集成，推荐 Sealed Secrets。
  • 若在 AWS 环境中优先考虑托管与运维成本，推荐 AWS KMS + CSI 驱动。

通过对比分析与实测验证，本文为您在多种方案中提供了选型思路，希望能帮助团队在生产环境中构建安全、高效、可审计的机密管理体系。

http://www.dtcms.com/a/322587.html

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