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Buzzwords wie Software Supply Chain, Container Security Scanning oder Software Bill of Materials (SBOM) sind in den vergangenen zwei Jahren vermehrt in aller Munde, nicht zuletzt aufgrund des anhaltenden Trends zur Containerisierung vormals monolithischer Anwendungen und deren Betrieb als sog. Microservices. Allerdings kann nach wie vor nicht jeder, der auf die ein oder andere Weise mit Docker oder Containern im Allgemeinen zu tun hat, etwas mit diesen Begriffen anfangen. Aus diesem Grund habe ich den Fokus meines virtuellen Besuchs der diesjährigen DockerCon auf genau diesen Themebereich – Containersecurity – gelegt und möglichst viele Best Practices für Dich zusammengefasst.

Die Ausgangslage

Die großen Sicherheitslücken der vergangenen zwei Jahre, sei es der Solarwinds-Breach oder die Log4J/Log4Shell-Exploits haben einmal mehr schmerzlich bewusst gemacht: In fast jedem Softwareprodukt, egal ob proprietär oder Open Source, befinden sich zahlreiche mehr oder weniger gut gepflegte Abhängigkeiten verschiedenster Maintainer – in vielen Applikationen stecken bis zu 80% Open Source Code, die es „auf dem Schirm“ zu behalten gilt. Dies gilt natürlich auch für Container(-images), die letzten Endes nichts anderes tun, als die Applikation zu bündeln und (weitestgehend) losgelöst vom ausführenden Hostsystem ausführbar zu machen.

Dennoch gelten Container paradoxerweise oft als besonders sicher, sei es aufgrund der von außen wahrgenommenen „Kapselung“ oder der geringen Größe – soviel potentiell vulnerable oder bösartige Software kann da doch gar nicht drinstecken, oder? Mögen diese Wahrnehmungen in der Theorie und im Bestfall auch stimmen, sieht die Praxis in den allermeisten Fällen anders aus, wie die ein oder andere Keynote im Rahmen der DockerCon gezeigt hat.

Laut SysDig, einem Spezialisten für Cloudsecurity, laufen 58% der in den einschlägigen Containerregistries (DockerHub, Google, Github, etc.) verfügbaren Containerimages als root, anstatt einen geeigneteren, unprivilegierten Nutzer zu verwenden. Außerdem beinhalten selbst die offiziellen, von den Registries kuratierten Containerimages beliebter Frameworks oder Distributionen dutzende detektierbare Schwachstellen.

Offensichtlich gibt es also zum Einen ein falsches Gefühl von Sicherheit innerhalb der Nutzergemeinschaft von Containern, zum Anderen aber schlichtweg keine Blaupause oder „OneFitsAll“-Lösung, die für beliebige Container(-images) absolute Sicherheit verspricht. Nur eine Sache ist klar: „Hinten“ anzufangen, ist nicht rentabel – Container einfach zu deployen und dann im Betrieb nach Sicherheitslücken zu suchen, ist teuer, erzeugt vermeidbaren zusätzlichen Aufwand und nimmt Flexibilität. Die Absicherung der Container muss „nach links“ geschoben werden, möglichst an den Beginn der Containerisierung. Doch wo ansetzen?

Die Möglichkeiten

Um den Ursprung für Schwachstellen in Container(-images) und damit einhergehend mögliche Ansatzpunkte zur Absicherung zu identifizieren, muss man die „Lebensphasen“ eines Container(-images) verstehen. Diese lassen sich kurz und bündig wie folgt darstellen:

• Bau des Images (lokal oder via CI/CD)
• Distribution des Images – Push in eine Registry (Self-hosted oder bei einem Anbieter), Pull von Usern/Programmen
• Deployment des Images (Openshift, (Managed) Kubernetes, etc.) und Betrieb des Containers

An dieser Stelle wird hoffentlich klar, warum ich permanent „Container(-image)“ schreibe – abhängig von der betrachteten Lebensphase haben wir es beim Thema Containersicherheit entweder mit einem erstellten Image oder mit einem laufenden Container, quasi einer Instanziierung dieses Images zu tun. Mit dieser Aufschlüsselung in verschiedene Abschnitte können wir uns nun mögliche Schritte zur Absicherung unserer Container anschauen.

Containerimages werden entweder lokal von Entwickler:innen, DevOps-Engineers, etc. auf Grundlage eines sog. Dockerfiles gebaut – alternativ lässt sich dieser Vorgang aber auch von CI/CD Pipelines umsetzen, wenn man den Dockerfile und andere benötigten Ressourcen bspw. in GitLab eincheckt. Die meisten Möglichkeiten zur Absicherung des späteren Container(-images) ergeben sich bereits in diesem ersten Schritt – der Quellcode der zu containerisierenden Applikation liegt vor, ebenso die Definition des Containers selbst, und auch möglicherweise vulnerable oder bösartige Abhängigkeiten wurden noch nicht in das spätere Containerimage eingebettet.

Ist das Containerimage lokal oder in einer Pipeline gebaut worden, muss man es zur späteren Nutzung in Produktion in eine Containerregistry übertragen. Diese kann entweder selbst gehosted werden, als private, aber gemanagte Instanz in der Cloud laufen oder öffentlich von jedem beliebigen Nutzer einsehbar sein. Auch bei diesem Vorgang gibt es Möglichkeiten, die Supply Chain zwischen Entwickler und Endnutzer abzusichern.

Auch wenn im Dockerfile gewisse Best Practices befolgt werden, kann der Container diese in vielen Fällen beim Deployment überschreiben – das letzte Wort haben hierbei immer Kubernetes, Openshift, Docker Desktop und Konsorten. Aus diesem Grund müssen einige der Überlegungen, die in der Build-Phase des Containerimages stattgefunden haben, auch hier noch einmal herangezogen, betrachtet und evaluiert werden, um die für die konkrete Nutzung besten Einstellungen und Kompromisse zu finden.

Ist der Container erst einmal deployed, gibt es nicht mehr viele Möglichkeiten, ihn „von innen“ weiter abzusichern. Dennoch kann und sollte man sich fortlaufend Gedanken bspw. um die Erreichbarkeit innerhalb des Clusters, des Netzwerkes, der Cloud etc. machen, Regeln nachziehen wo nötig und natürlich auch Update- und Backupstrategien im Hinterkopf behalten. Am Ende des Tages merkt man spätestens jetzt: Nach dem Deployment eines Containers seine Sicherheit zu überprüfen und zu garantieren, ist nicht sinnvoll – wir brauchen einen Left Shift.

Die Umsetzung

Buildphase

Nach viel Theorie und Konjunktiv können wir uns jetzt konkrete Umsetzungsmöglichkeiten der besprochenen Ansätze anschauen. Beginnen werden wir „ganz links“ beim Bau der Containerimages. Vieles lässt sich hier über verschiedene Direktiven im genutzten Dockerfile festlegen – Docker listet alle möglichen Direktiven sowie sinnvolle Best Practices und Caveats in der Docker Dokumentation auf. Für uns besonders interessant sind die Direktiven ADD, COPY und USER. Wie eingangs erwähnt, nutzen mehr als die Hälfte aller Containerimages per Default den root Nutzer innerhalb des Containers, obwohl das in vielen Fällen gar nicht notwendig wäre – auf einem klassischen Server läuft ein Apache2 Webserver schließlich auch als User apache, warum sollte/müsste das innerhalb eines Containers bspw. auf Debian-Basis anders sein?

Die anderen beiden erwähnten Direktiven beziehen sich auf die Abwägung, ob man gewisse Verzeichnisse und Dateien aus seiner Entwicklungsumgebung denn tatsächlich im endgültigen Container braucht – oder ob man die Applikation direkt lokal baut, und lediglich die fertige Binary via COPY in das Containerimage überträgt. In diesem Fall muss man natürlich darauf achten, dass etwaige zur Laufzeit benötigte Tools (ich meine dich, curl) und Bibliotheken sich auch im endgültigen Containerimage befinden. Alternativ kann man innerhalb eines Dockerfiles eine build und eine run Umgebung schaffen – auf diese Weise kann man die Applikation innerhalb des Containers bauen und im Anschluss lediglich die benötigten binären Artefakte und andere benötigten Ressourcen in das Lauzeitimage kopieren. Für diese Vorgehensweise würde es sich anbieten, das Entwicklungsrepository via ADD in die build Umgebung des Containerimages zu übertragen.

Diese Vorgehensweise bringt uns direkt zur nächsten „beliebten“ Unsicherheit in Container(-images): Lokal hinterlegte Credentials, Entwicklertokens, Cloudzugänge etc. Es gibt vermutlich keine Art von geheimen Daten, die nicht bereits versehentlich in Containerimages „vergessen“ wurde. Das kann schnell passieren – ein Entwickler nutzt ein Shellscript mit Zugangsdaten, um von seiner Entwicklungsumgebung in ein Testcluster zu deployen, eine .yaml-Datei, um Daten aus einer Entwicklerdatenbank zu lesen etc. Im „schlimmsten Fall“ überträgt er wissentlich eine Datei mit Zugangsdaten, die die containerisierte Applikation später in Produktion nutzen soll, oder hinterlegt sensible Daten im Containerimage als Umgebungsvariable mittels ENV.

Zur Bewältigung dieser Problematik gibt es die Möglichkeit, ähnlich wie eine .gitignore Datei für Git-Repositories eine .dockerignore Datei für den Buildvorgang eines Containerimages zu hinterlegen. Alle in dieser Datei aufgeführten Dateien und Verzeichnisse werden vom Dockerdaemon bei der Verarbeitung des Build-Contexts, von ADD und von COPY Direktiven ignoriert und finden sich somit zu keinem Zeitpunkt im Containerimage wieder. Dringend benötigte Umgebungsvariablen zur Konfiguration der containerisierten Applikation können auch zum Zeitpunkt des Deployments noch übergeben werden, bspw. mittels des Parameters -e via Docker-CLI oder dem Einlesen von Secrets als Umgebungsvariablen in Kubernetes.

Grundlegende Maßnahmen wie die Nutzung eines passenden Base-Images in der FROM Direktive (es muss nicht immer debian:buster oder ubuntu:20.04 sein), das Vermeiden der Öffnung unbenötigter Ports via EXPOSE sowie der Nutzung sog. Kannibalen-Tags (latest zeigt nach jedem Imageupdate auf eine neue Version) sollten darüber hinaus natürlich immer befolgt und beachtet werden.

Distributionsphase

Haben wir nun lokal oder in der Pipeline ein in sich möglichst sicheres Containerimage gebaut, muss es auf die eine oder andere Art und Weise seinen Weg in eine Containerregistry finden, um von anderen Nutzern heruntergeladen und deployed werden zu können. Für diese Vorgänge werden einem von den meisten Containerregistries Werkzeuge an die Hand gegeben, mit deren Hilfe wir den Prozess des Up-/Downloads von Containerimages absichern können.

Letzten Endes sind Containerregistries nichts anderes als APIs mit der Fähigkeit, Nutzer zu authentifizieren und zu authorisieren, Containerimages in Empfang zu nehmen, zu speichern und deren Versionierung im Blick zu behalten. Wie immer, wenn man über das Internet mit einer API spricht, gilt: HTTPS ist Pflicht! Darüber hinaus bieten Registries verschiedene Möglichkeiten, zusätzliche Maßnahmen gegen die Verbreitung unsicherer Images oder die Manipulation vorhandener Containerimages zu treffen. So können Imageregistries oftmals alle verwalteten Containerimages auf bekannte Schwachstellen scannen und den Download solcher Images durch Endnutzer untersagen. Auch die digitale Signierung von verwalteten Containerimages ist oftmals möglich, z.B. mittels sigstore und cosign.

Deploymentphase

Wird unser Containerimage nun im Rahmen eines Kubernetes-Deployments oder Docker-CLI-Befehls aus der Registry gepulled und deployed, haben wir einmal mehr die Möglichkeit, Sicherheit zu forcieren: Wie bereits erwähnt, können wir zum Einen die Voreinstellungen in Hinblick auf Umgebungsvariablen, User- und Gruppenkontext uvm. überschreiben, zum Anderen bietet natürlich auch die Absicherung der ausführenden Infrastruktur selbst die Möglichkeit, dass Deployment so sicher wie möglich zu gestalten.

Hierzu zählen z.B. die Nutzung sog. rootless Container, die von einem Container Runtime Interface (CRI) wie Docker oder containerd ausgeführt werden, die selbst nicht im root Kontext laufen. Auch die Nutzung restriktiver Netzwerk- und Firewallpolicies kann dabei helfen, die Risiken durch möglicherweise vulnerable oder bösartige Container zu minimieren. Konfiguration und Forcierung dieser Maßnahmen innerhalb eines Clusters können schnell zur Sisyphusarbeit werden – hier kann ein gemanagtes Kubernetes-Cluster von Vorteil sein, bspw. Managed Kubernetes von NETWAYS Web Services. Darüber hinaus sollte man eine nachhaltige Update-Strategie für seine Containerimages verfolgen: Es gilt, einen guten Kompromiss zwischen regelmäßigen Updates zu finden, aber nicht sofort jede neue Version (und deren evtl. neu eingeführte Schwachstellen) in Produktion zu deployen.

Das Fazit

Container(-images) sicher zu erstellen, zu verwalten und zu deployen ist ein langer Weg voller Stolpersteine. Wie so oft beim Thema Sicherheit wird man die 100% aller Voraussicht nach nicht erreichen – Nichtexistenz von Sicherheitslücken lässt sich nun einmal nicht beweisen. Dennoch habe ich Dich hoffentlich für das Thema und die teils falschen, gängigen Annahmen und Praktiken sensibilisieren können und nebenbei einige Best Practices an die Hand gegeben, die das Risiko durch vulnerable Container deutlich verringern.

Solltest Du nun mehr über den Vorgang des Imagebaus, den Betrieb von Containern in Kubernetes oder Containerisierung im Allgemeinen erfahren wollen, schau Dir doch einmal unser Kubernetes Schulungsangebot von NETWAYS an. In diesem eintägigen Workshop vermittle ich Dir praxisnah und einsteigerfreundlich alles, was Du für die ersten eigenen Schritte mit Docker und Kubernetes wissen musst. Ich freue mich auf Dich!

Daniel Bodky

Platform Advocate

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Daniel kam nach Abschluss seines Studiums im Oktober 2021 zu NETWAYS und beriet zwei Jahre lang Kunden zu den Themen Icinga2 und Kubernetes, bevor es ihn weiter zu Managed Services zog. Seitdem redet und schreibt er viel über cloud-native Technologien und ihre spannenden Anwendungsfälle und gibt sein Bestes, um Neues und Interessantes rund um Kubernetes zu vermitteln. Nebenher schreibt er in seiner Freizeit kleinere Tools für verschiedenste Einsatzgebiete, nimmt öfters mal ein Buch in die Hand oder widmet sich seinem viel zu großen Berg Lego. In der wärmeren Jahreszeit findet man ihn außerdem oft auf dem Fahrrad oder beim Wandern.

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