策略即代码—— open policy agent(开放策略代理 o p a)简介

本文将带你初步了解开放策略代理 OPA,一个平台无关的策略执行工具。

作者 Mohamed Ahmed 译者 宋净超(Jimmy Song) 发表于 2021年6月29日

什么是 OPA?

这是一个始于 2016 年的项目,旨在统一不同技术和系统的策略执行。今天,OPA 被科技行业内的巨头们所使用。例如,Netflix 使用 OPA 来控制对其内部 API 资源的访问。Chef 用它来为他们的终端用户产品提供 IAM 功能。此外,许多其他公司,如 Cloudflare、Pinterest 等,都使用 OPA 在他们的平台上执行策略(如 Kubernetes 集群)。目前,OPA 已从 CNCF 中毕业。

OPA 有什么用?

你可能想知道 OPA 是怎样诞生的?它试图解决什么问题?事实上,API 和微服务的策略执行就如同微服务本身一样古老。没有一个生产级别的应用程序不执行访问控制、授权和策略。为了理解 OPA 的作用,考虑以下用例:你的公司通过一个在线门户销售笔记本电脑。像所有其他类似的应用程序一样,该门户由一个首页组成,客户在这里看到最新的产品,也许还有一些限时促销活动。如果客户想买东西,他们需要登录或创建一个账户。接下来,使用信用卡或其他方法付款。为了确保客户会反复访问,需要支持客户订阅,其中可能包含特别折扣信息。另外,他们可以选择在新产品公布后立即接收浏览器通知。一个非常典型的网上购物应用程序,对吗?现在,让我们用一张图来描述一下这个工作流程是什么样子的,以使这个过程可视化。

上图显示了我们系统内部可能的样子。我们有一些微服务,它们相互沟通,为我们的客户提供服务。现在,显然,Bob 不应该看到系统的任何内部运作。例如,他不能查看(或甚至不知道)归档付款的 S3 Bucket,或通知 API 可以与哪些服务联络。但是,John 呢?他是应用开发者,他需要访问所有的微服务,以便在问题发生时能够进行故障排除和调试。要是他不小心(或故意)对数据库服务进行了一个 API 调用,把客户的送货地址改到了别的地方,怎么办?更糟糕的是,如果他对客户的信用卡号码有读取权限怎么办?为了解决这些风险,我们在每个微服务的之前放置了一个授权控制。该控件检查认证用户是否有必要的权限来执行请求的操作。这样的授权系统可以是内部的、自制的程序,也可以是 AWS IAM 提供的外部程序。这就是一个典型的微服务应用程序的构建和安全。但是,看看使用几种不同的授权系统的缺点,特别是随着应用程序的增长而带来的麻烦。

  • 修改现有的策略,或引入新的策略,是一场噩梦。试想一下,你需要访问多少地方才能让 Alice 拥有对所有存储相关系统的读取权限。这意味着 S3、MySQL、MongoDB,也许还有一个外部 API,仅此而已。
  • 开发者没有办法在他们自己的系统上执行策略。他们显然可以在应用程序中硬编码他们的授权逻辑,但这使事情变得错综复杂:试图在不同的微服务中统一策略是非常复杂的。
  • 补充前一点,为本地服务引入一个新的策略可能需要改变代码,从而引入所有微服务的新版本。
  • 如果你想将策略与现有的用户数据库集成,该怎么办?例如,与人力资源数据库整合。
  • 我们需要将策略可视化,以确保它正在做它应该做的事情。随着你的策略变得越来越复杂,这一点变得越来越重要。
  • 现代系统由多种技术和服务组成,这些技术和服务是用不同的语言编写的。例如,你可能有运行在 Kubernetes 上的系统核心,以及一堆不属于集群的用 Java、Ruby 和 PHP 编写的传统 API。每个平台都有自己的授权机制。

让我们以 Kubernetes 为例来看看。如果所有用户都被授权访问整个集群,很多讨厌的事情就会发生,比如:

  • 给所有的 pod 提供无限的请求和限制,可能会导致随机的 pod 被从节点上驱逐。
  • 拉取和使用未经测试的、杂乱无章的镜像,可能包含安全漏洞或恶意内容。
  • 使用没有 TLS 的 Ingress 控制器,允许未加密的、不安全的流量进入应用程序。
  • 由于整体的复杂性,还有许多其他不可预见的风险。
  • 你肯定可以使用 RBAC 和 Pod 安全策略来对集群进行细粒度的控制。但同样,这只适用于集群。在 Kubernetes 集群之外,Kubernetes RBAC 是没有用的。

这就是开放策略代理(OPA)发挥作用的地方。引入 OPA 是为了创建一个统一的方法来执行堆栈中的安全策略。

OPA 如何工作?

上文中,我们探讨了策略执行和 OPA 试图解决的问题,现在,让我们来看看它是如何工作的。

假设你正在实现我们示例应用程序的支付服务。这个服务负责处理客户的付款。它暴露了一个 API,接受客户的付款。它还允许用户查询特定客户的付款情况。因此,为了获得一个包含 Jane 所做购买的数组,她是公司的一个客户,你向 API 发送一个 GET 请求,路径为 /payment/jane。你在授权头中提供你的证书信息并发送请求。响应将是一个 JSON 数组,包含你所要求的数据。然而,由于你不希望所有有网络访问权限的人都能够访问支付 API,看到这样的敏感数据,你需要执行一个授权策略。OPA 以如下方式解决这个问题:

  1. 支付 API 向 OPA 查询一个 decision。它伴随着这个查询的一些属性,如请求中使用的 HTTP 方法,路径,用户,等等。
  2. OPA 根据已经提供给它的数据来验证这些属性。
  3. 在验证之后,OPA 向请求的 API 发送一个 decision,要么允许,要么拒绝。

这里需要注意的是,OPA 将我们的策略决策与执行解耦。OPA 的工作流程可以用下面的图来描述。

OPAd 的工作流程

OPA 是一个通用的、与领域无关的策略执行工具。它可以与 API、Linux SSH 守护程序、像 CEPH 这样的对象存储等集成。OPA 的设计者有意避免将其建立在任何其他项目的基础上。因此,策略查询和决定不遵循特定的格式。也就是说,你可以使用任何有效的 JSON 数据作为请求属性,只要它提供所需的数据。同样地,来自 OPA 的策略决策也可以是任何有效的 JSON 数据。你选择什么被输入,什么被输出。例如,你可以选择让 OPA 返回一个 TRUE 或 FALSE 的 JSON 对象,一个数字,一个字符串,甚至是一个复杂的数据对象。

OPA 内部

为了充分理解 OPA 并开始在自己的项目中实施它,你必须熟悉它的功能和组件。让我们从如何定义你的策略开始。

策略语言 Rego

Rego 是一种高级的声明性语言,是专门为 OPA 建立的。它使定义策略和解决以下问题变得非常容易:Bob 是否被允许对 /api/v1/products 执行 GET 请求?他实际上被允许查看哪些记录?

部署

当涉及到部署 OPA 时,你有多个选择,这取决于你的具体场景。

  • 作为 Go 库:如果你的应用程序是用 Golang 写的,你可以把 OPA 作为应用程序中的第三方库来实现。
  • 作为守护程序:如果你不使用 Go,那么你可以像其他服务一样,把 OPA 作为一个守护程序来部署。在这种情况下,建议你使用一个 sidecar 容器或在主机上运行。原因是,这种设计可以提高性能和可用性。想象一下,你把 OPA 部署在 Kubernetes 的一个单独的 pod 中,而这个 pod 恰好位于一个单独的节点上,而你的应用 pod 正在那里运行。现在,每当你的服务需要咨询 OPA 的策略决策时,它必须通过网络进行调用,以达到 OPA 运行的 pod。这引入了不必要的延迟,并可能在高峰期导致应用程序的迟滞。

如何管理和控制 OPA?

为了进一步减少延迟,设计者决定 OPA 应该把所有的策略数据保存在内存中。这确保了 OPA 不会去查询另一个服务来请求数据。为了处理 OPA,你有一组 API,用于不同的目的。

  • 捆绑服务 API:用于向 OPA 发送策略数据。OPA 不断轮询 Bundle 服务 API,搜索新版本的策略。一旦发现,它就拉取并应用新的版本。
  • 状态服务 API:用于确定服务的状态。它告诉你当前在 OPA 上激活的策略版本。
  • 决策日志服务 API:每当 OPA 做出一个策略决策,它都会记录下来。后来,它把这些日志的批次发送到日志服务 API。这对于审计和故障排除特别有用。
  • 构建、测试和调试策略的工具 :一组命令行工具,你可以使用,如 opa test、opa run、opa check 等。还有一个 VS Code 插件,可以方便开发。

初试 OPA 策略

到现在为止,你应该对 OPA 诞生的原因,它试图解决的问题,以及它的设计和管理方式有了相当清晰的认识。现在是试水的时候了,看看用 Rego 语言创建一个策略是什么样子。第一步是用简单的英语定义你的策略。比如说:“客户应该能够查看自己的付款。财务部门的工作人员应该能够查看任何客户的付款。”

下一步是将策略转换为 Rego 代码。我们可以使用 Rego playground 来做这件事。因此,在主面板中,清除那里已经添加的代码,并添加以下内容。

package play

# Customers should be able to view their own payments
allow = true {
	input.method = "GET"
      input.path = ["payments", customer_id]
      input.user = customer_id
}

让我们逐行回顾这个片段。

  1. 任何以哈希符号(#)开头的行都是注释。把你的策略应该做的事情写成连贯的、可供人类阅读的注释,总是一个好的做法。
  2. allow = true 意味着如果以下的 “评估 “为真,决策将被允许。
  3. 输入方法是 GET。任何其他 HTTP 方法(POST、PUT 等)都会违反策略。
  4. 路径是 /payments/customer_id。注意,customer_id 没有加引号,这意味着它是一个变量,需要在调用时被替换。
  5. 用户也应该是 customer_id。

如果我们把这段代码翻译成普通英语,它看起来就像这样。

“如果请求使用的方法是 GET,路径是 /payments/customer_id,并且用户是同一个 customer_id,则允许该请求。这实际上允许客户查看自己的支付数据。”

Rego playground 还允许你评估你的代码,并确保该策略将按预期工作。在 INPUT 面板中,我们可以通过添加以下代码来伪造一个合法请求。

{
    "method": "GET",
    "path": ["payments","bob"],
    "user": "bob"
}

注意,INPUT 使用的是任意的 JSON。在提供请求时,没有特定的规则可以遵循。现在,让我们看看 OPA 将如何通过按下 Evaluate 按钮来响应这个决策请求。OUTPUT 面板应该显示如下内容。

{
    "allow": true
}

下面是执行上述步骤后的 playground 截图。

现在,让我们试着把请求中的用户改为 alice,这意味着一个客户正试图查看另一个客户的付款。如果我们按 Evaluate 键,你会发现输出显示一个空的 JSON 对象 {}。原因是,OPA 不知道当策略不匹配时应该发送什么。要改变这种行为,在策略的主体前添加以下语句。

default allow = false

因此,整个策略应该是这样的。

package play

# Customers should be able to view their own payments
default allow = false
allow = true {
	input.method = "GET"
      input.path = ["payments", customer_id]
      input.user = customer_id
}

现在,如果你按下 Evaluate,你会看到预期的输出。

{
    "allow": false
}

请注意,这个 playground 非常强大,你可以选择策略的一部分,并独立于策略的其他部分进行评估。当你有一个复杂的策略,当它不应该被评估为假时,这可能是超级有用的。在这种情况下,你可以选择策略的部分内容,看看到底哪里出现了缺陷。

好了,现在我们已经执行了策略的第一部分,让我们继续第二部分:财务部门的工作人员应该能够查看任何客户的付款。

在我们之前定义的策略后面添加以下几行。

财务部门的工作人员可以查看任何客户的付款。

allow = true {
    input.method = "GET"
    input.path = ["payments", customer_id]
    finance[input.user]
}

finance = {"john","mary","peter","vivian"}

这个策略的大部分内容与之前的相似,除了第 4 行。我们不是评估用户 ID 是否与客户 ID 相同,而是评估用户是否是财务 JSON 对象的一部分。Rego 有很多内置结构,允许你做很多有用的事情,包括查找。最后,我们定义财务对象并添加在该组中工作的员工的用户名。在现实世界中,这个 JSON 对象将作为 INPUT 请求的一部分或作为一个标记传递。现在,让我们通过将用户和客户设置为相同的名字(例如,Bob)来测试该策略。该策略应该返回 true。将用户改为 john(他是财务部门的一部分),并测试该策略。同样,它应该返回真。最后,将用户改为不在财务部门工作的任何名字(比方说,jane),该策略应该返回错误。

你可以参考官方文档,阅读更多关于 Rego 语言和你能用它做什么。

将 OPA 与其他系统集成

如前所述,OPA 可以与当今的许多平台集成。让我们来看看 OPA 可以为你做什么的几个例子。

Kubernetes

  • 确保入口主机名只由前端团队改变。
  • 拒绝拉取任何镜像,除了来自企业 Docker 注册中心的镜像。
  • 对集群上创建的任何 pod 强制使用请求和限制。

API 授权

你可以将 OPA 与 Envoy、Istio 和其他平台一起使用,强制执行 IAM 控制。例如,你可以轻松控制安全人员对敏感数据的访问。

Linux PAM

可插拔认证模块(PAM)长期以来一直被用于 Linux,为包括 SSH 和 sudo 在内的多种服务提供细粒度的控制。OPA 有一个 PAM 插件,使其能够与 PAM 集成并执行策略。例如,你可以限制 SSH 对你的生产机器的访问,除非在非工作时间,或者除非用户有一个支持工单。

还有许多其他产品可以与 OPA 集成,提供无穷的可能性。例如,Kafka、ElasticSearch、SQLite 和 CEPH,仅举几例。

概要总结

  • 对授权的需求和软件本身一样古老。
  • 由于缺乏一个可以在不同系统和平台之间使用的中央授权系统,导致了许多问题。例如,API 可能有自己的授权逻辑内置于代码中,其他微服务可能依赖于一个或多个外部授权系统。这使得推出新的策略,检查现有策略的版本,甚至引入小的变化都是非常具有挑战性的操作。
  • OPA 就像一个服务顾问,为需要的服务做出授权决策。服务向 OPA 提出决策查询,然后 OPA 根据已经存储在其中的策略审查查询,并作出决策回应。
  • OPA 的设计是通用的,与平台无关。因此,在发送查询或定义输出的样子时,你不需要遵循任何规则。请求和响应是以 JSON 格式发送的。
  • 策略可以用 Rego 编写,这是一种专门为 OPA 设计的语言。类似于 JavaScript,OPA 使其非常容易将纯英语规则转换为有效的 OPA 策略。
  • Rego playground 工具是一个很好的方法,可以在实施策略之前尝试你的策略。
  • OPA 可以作为 Go 库部署,成为应用程序二进制的一部分,也可以作为独立的守护程序。
  • 由于策略决策发生在每个 API 请求中,强烈建议将 OPA 守护程序尽可能紧密地放在应用程序中。例如,作为 Kubernetes pod 中的一个 sidecar 容器,或者作为一个运行在节点上的守护程序。这种做法有助于减少延迟和减少网络流量。
  • OPA 使用了许多 API,可以很容易地注入新策略,检查现有策略的版本和状态,或收集审计和日志数据。
  • 在这篇文章中,我们看了一个简单的演示,即如何使用 Rego 语言来执行一个策略。在这个例子中,我们展示了通过 Rego 语言和 playground 工具来执行一个复杂的策略并对其进行测试是多么容易。
  • OPA 可以与许多现代的系统和平台集成,如 Kubernetes、Kafka、SQLite、CEPH 和 Terraform。通过 PAM 插件,它还可以与 Linux PAM 集成,对使用 PAM 的 Linux 守护进程(如 sshd 和 sudo)实施高级策略控制。