零信任安全應用於API與Kubernetes
隨著企業日益採用雲原生技術和微服務架構，API和Kubernetes已成為現代應用程式不可或缺的一部分。然而，這些新技術也帶來了新的安全挑戰。傳統的安全模式假設內部網路是可信的，但在當今的環境中，這種假設已經過時且危險。為了有效保護API和Kubernetes應用程式，我們需要採用零信任安全模型。
什麼是零信任安全?
零信任安全是一種安全原則，假設網路是不可信的，因此每個資源存取請求都必須經過嚴格的身份驗證、授權和加密。與傳統的"破土機"模型不同，零信任模型不再將內部資源視為可信，而是要求所有用戶、設備和應用程式在獲取資源存取權限之前，都必須通過身份驗證和授權。
零信任安全的核心原則包括:
- 始終驗證 (Verify Explicitly)
- 最小權限原則(Least Privilege)
- 假設網路不可信 (Assume Untrusted Networks)
零信任安全與API安全
API是現代應用程式的關鍵組件，但它們也成為攻擊者的熱門目標。根據OWASP API安全頂10大風險，一些常見的API安全問題包括:
| 風險 | 描述 |
|---|---|
| 破碎的物件級別授權(Broken Object Level Authorization) | 未正確實施物件級別的存取控制 |
| 破碎的使用者認證(Broken User Authentication) | 使用者認證機制不當實作或缺乏 |
| 過度暴露資料(Excessive Data Exposure) | API回應包含非預期的資料 |
| 缺乏資源及速率限制(Excessive Data Exposure) | 未對API資源消耗及請求速率進行適當限制 |
要有效防禦這些威脅，我們需要採用零信任的API安全架構，包括以下幾個關鍵層面:
- 存取控制層 - 實施現代化的身份驗證和授權機制，如OAuth 2.0和基於角色/屬性的存取控制 (RBAC/ABAC)。
- 網路安全層 - 保護API端點不受惡意流量影響，如DDoS攻擊和機器人濫用，並利用mTLS等技術確保API通訊的安全性。
- 應用程式安全層 - 針對常見的應用程式層面威脅(如注入攻擊)提供保護，並使用演算法檢測異常行為以阻擋惡意API調用。
API的種類
根據API的用途和對象，可將API分為以下幾種:
| API類型 | 描述 |
|---|---|
| Public APIs | 任何人都可以免費使用的API |
| External APIs | 僅供外部授權用戶端連接使用的API |
| Partner APIs | 提供給選定外部開發者或API消費者使用的API |
| Internal APIs | 企業內部使用，連接內部系統和數據的API |
API 安全性的三大要素
存取控制 (Access Control)
- 管理 API 端點的身份驗證和授權
- 建議加強措施:
- 採用現代化身份驗證機制如 OAuth 2.0
- 實施細緻的基於角色/屬性的存取控制 (RBAC/ABAC)
- 輸入驗證防止破碎的物件級別和功能級別授權問題
- 適當的資料過濾和遮罩,避免過度暴露資料
網路安全 (Network Security)
- 提供安全的網路通訊 (mTLS)
- 在網路層防禦不需要的流量 (DDoS、速率限制)
- 建議加強措施:
- 採用 mTLS 等加密通訊協定,防止流量被竊聽
- 實作 DDoS 防護和請求節流/速率限制
- 網路層流量監控,偵測並阻擋惡意流量模式
應用程式安全 (Application Security)
- 緩解常見的軟體漏洞
- 使用機器人緩解技術防止 API 濫用
- 建議加強措施:
- 輸入驗證防禦注入攻擊
- 定期掃描及修補已知漏洞
- 採用 WAF 等應用程式防護元件
- 利用 AI/ML 演算法檢測異常 API 使用模式阻擋惡意機器人
綜合來看，access control、encrypted communications、DDoS mitigation、rate limiting、input validation、vulnerability patching 和 bot prevention 都是加強 API 安全性的關鍵措施。透過多層防禦，我們可以全面提升 API 的安全強度。
OWASP API安全風險
OWASP發佈了API安全頂10大風險清單，列出了最常見的API安全弱點:
| 風險 | 描述 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 破碎的物件級別授權(Broken Object Level Authorization) | 未正確實施物件級別的存取控制 | 適當的存取控制機制，如RBAC/ABAC |
| 破碎的使用者認證(Broken User Authentication) | 使用者認證機制不當實作或缺乏 | 採用現代化認證如OAuth 2.0 |
| 過度暴露資料(Excessive Data Exposure) | API回應包含非預期的資料 | 資料過濾、遮罩及加密 |
| 缺乏資源及速率限制(Lack of Resource & Rate Limiting) | 未對API資源消耗及請求速率進行適當限制 | 實作請求節流及資源配額管理 |
| 破碎的功能層級授權(Broken Function Level Authorization) | 對於特定功能操作的存取控制不當 | 細緻的權限控管及最小權限原則 |
| 大量指派(Mass Assignment) | 過度資料繫結導致的物件屬性污染 | 輸入驗證及僅繫結預期屬性 |
| 安全設定錯誤(Security Misconfiguration) | 不當的安全設定如預設憑證等 | 安全強化及設定審查 |
| 注入攻擊(Injection) | 惡意查詢注入導致的資料洩露等 | 輸入驗證及參數化查詢 |
| 不適當的資產管理(Improper Assets Management) | 存在未知的API端點及遺留功能 | API清查及生命週期管理 |
| 不足的日誌及監控(Insufficient Logging & Monitoring) | 缺乏適當的監控及事件回應 | 集中化日誌及安全監控 |
要解決這些風險，我們需要採取以下防護措施:
- 嚴格的身份存取管理 - 採用現代化認證如OAuth 2.0，實施細緻的RBAC/ABAC存取控制。
- 輸入數據驗證 - 針對所有API輸入實施嚴格的輸入驗證，防止注入攻擊及物件污染。
- API清查及生命週期管理 - 持續追蹤所有公開的API端點，並適當管理API的淘汰及權限控制。
- 流量監控及保護 - 監控API流量異常如DDoS及濫用，並採取適當的請求節流及阻擋措施。
- 資料保護 - 遮罩及加密敏感數據，只回傳所需的最小資料。
- 安全設定審查 - 定期審視API元件的安全設定並修正弱點。
- 集中化日誌與監控 - 統一收集日誌並持續監控威脅指標，以便及時發現並回應安全事件。
隨著API變得愈來愈複雜，實施全方位的API安全防護機制至關重要。
零信任Kubernetes安全
除了針對API本身的安全防護，在Kubernetes環境中，我們還必須關注集群本身的安全。關鍵挑戰包括:
- 管理平面安全 - 保護Kubernetes控制平面元件如API Server、etcd、控制管理器等。
- 資料平面安全 - 保護節點(包括kubelet及kube-proxy)及應用程式Pod。
- 附加元件安全 - 像Kubernetes Dashboard等附加元件也可能遭受攻擊。
要實現Kubernetes的零信任安全，我們需要採取以下防禦措施:
- 嚴格的身份驗證和授權 - 使用強大的認證機制如x509憑證保護Kubernetes API，並實施細緻的RBAC。
- 微隔離網路 - 透過網路原則實踐微隔離，僅允許必要的Pod間通訊。
- 加密傳輸與加密數據 - 加密節點與控制平面的通訊，並加密敏感資料。
- 入口流量控制 - 使用具備WAF、DDoS防護等能力的入口控制器，保護進入集群的流量。
- 定期掃描與修補 - 持續監控集群中的漏洞，並及時修補。
透過採取全方位的防護措施，我們可以大幅降低Kubernetes環境遭受攻擊的風險。
總而言之，零信任安全不僅適用於API本身，也應用於整個基礎架構。透過實施最小權限存取、嚴格加密及身份驗證、微隔離網路等多重防護措施，我們可以全面提升API及Kubernetes應用程式的安全性，有效防範各種新興的網路威脅。