애플리케이션 레이어에서 보안 비밀 암호화

이 페이지에서는 Cloud Key Management Service(Cloud KMS)에서 관리하는 키를 사용하여 애플리케이션 레이어에서 Kubernetes 보안 비밀을 암호화하는 방법을 설명합니다. 이 기능은 Cloud KMS의 기능을 사용하므로 키 순환봉투 암호화를 잘 알고 있어야 합니다.

개요

기본적으로 Google Kubernetes Engine(GKE)은 보안 비밀을 포함하여 비활성 상태로 저장된 고객 콘텐츠를 암호화합니다. 사용자가 추가 작업을 수행하지 않아도 GKE가 이러한 기본 암호화를 처리하고 관리합니다.

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화etcd에 저장되는 보안 비밀과 같이 민감한 정보를 위한 추가 보안 레이어를 제공합니다. 이 기능을 사용하면 Cloud KMS로 관리되는 키를 사용하여 애플리케이션 레이어에서 데이터를 암호화할 수 있습니다. 이 암호와는 etcd의 오프라인 사본에 액세스하는 공격자로부터 방어할 수 있습니다.

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용하려면 먼저 Cloud KMS 키를 만들고 이 키에 대한 액세스 권한을 GKE 서비스 계정에 부여해야 합니다. Cloud KMS에서 지원되는 보호 수준을 포함하는 키를 사용할 수 있습니다.

지연 시간을 줄이고 리소스가 여러 실패 도메인에 분산된 서비스에 의존하는 경우를 방지하려면 키가 클러스터와 동일한 위치에 있어야 합니다. 키를 만든 후 사용할 키를 지정하여 새로운 클러스터 또는 기존 클러스터에서 이 기능을 사용 설정할 수 있습니다.

봉투 암호화

Kubernetes는 KMS 공급자를 사용하여 보안 비밀의 봉투 암호화 기능을 제공합니다. 즉, 일반적으로 데이터 암호화 키(DEK)라고 하는 로컬 키를 사용하여 보안 비밀을 암호화합니다. DEK 자체는 키 암호화 키(KEK)라는 다른 키를 사용하여 암호화됩니다. KEK는 Kubernetes에 저장되지 않습니다.

봉투 암호화는 다음과 같은 두 가지 주요 이점이 있습니다.

  • 모든 보안 비밀을 다시 암호화할 필요 없이 KEK를 순환할 수 있습니다. 즉, 중대한 성능 영향 없이도 일반 키 순환이라는 권장사항을 더 쉽게 따를 수 있습니다.

  • Kubernetes에 저장되는 보안 비밀은 외부 신뢰 루트에 의존할 수 있습니다. 즉, 모든 보안 비밀에 하드웨어 보안 모듈과 같은 중앙 신뢰 루트를 사용할 수 있으며, 악의적으로 컨테이너에 오프라인으로 액세스해도 보안 비밀을 획득할 수 없습니다.

GKE의 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화의 경우, 로컬 DEK와 함께 AES-CBC 공급자를 사용하여 보안 비밀이 로컬로 암호화됩니다. DEK는 Cloud KMS에서 관리하는 키 암호화 키를 사용하여 암호화됩니다.

봉투 암호화에 대한 자세한 내용은 봉투 암호화를 참조하세요.

보안 비밀을 만들 때 발생하는 상황

새 보안 비밀을 만들 때는 다음과 같은 상황이 발생합니다.

  1. Kubernetes API 서버가 난수 생성기를 사용하여 보안 비밀의 고유한 DEK를 생성합니다.

  2. Kubernetes API 서버가 DEK를 로컬로 사용하여 보안 비밀을 암호화합니다.

  3. KMS 플러그인이 암호화를 위해 DEK를 Cloud KMS로 보냅니다. KMS 플러그인은 프로젝트의 GEK 서비스 계정을 사용하여 Cloud KMS에 인증을 수행합니다.

  4. Cloud KMS는 KEK를 사용하여 DEK를 암호화하고 이를 다시 KMS 플러그인으로 보냅니다.

  5. Kubernetes API 서버가 암호화된 보안 비밀과 암호화된 DEK를 저장합니다. 일반 텍스트로 된 DEK는 디스크에 저장되지 않습니다.

  6. Kubernetes API 서버가 암호화된 DEK를 일반 텍스트 DEK에 매핑하는 캐시 항목을 만듭니다. 따라서 Cloud KMS를 사용하지 않고 보안 비밀을 복호화할 수 있습니다.

클라이언트가 Kubernetes API 서버에서 보안 비밀을 요청하면 다음과 같이 됩니다.

  1. Kubernetes API 서버가 암호화된 보안 비밀과 암호화된 DEK를 검색합니다.

  2. Kubernetes API 서버가 기존 매핑 항목의 캐시를 확인하고 Cloud KMS를 사용하지 않고 보안 비밀을 복호화합니다.

  3. 캐시 항목이 없으면 KMS 플러그인이 KEK를 사용하여 복호화를 위해 DEK를 Cloud KMS로 보냅니다. 그러면 복호화된 DEK가 보안 비밀을 복호화하는 데 사용됩니다.

  4. Kubernetes API 서버가 복호화된 보안 비밀을 클라이언트에 반환합니다.

키를 폐기할 때 발생하는 상황

GKE에서 보안 비밀을 암호화하는 데 사용되는 Cloud KMS에서 KEK를 폐기하면 클러스터를 업데이트하여 새로운 KEK를 먼저 사용하지 않는 이상 보안 비밀을 더 이상 사용할 수 없습니다.

키 순환 후에 이전 KEK 버전을 폐기하려면 먼저 새로운 KEK 버전을 사용하여 보안 비밀을 다시 암호화하세요.

서비스 계정 토큰 볼륨 프로젝션을 사용하지 않으면 GKE의 워크로드에서 사용하는 서비스 계정도 보안 비밀을 사용하며, 키가 폐기되면 보안 비밀을 사용할 수 없게 됩니다. 보안 비밀에 액세스할 수 없으면 워크로드가 실패합니다.

다음과 같은 예외가 적용됩니다.

  • 마운트된 볼륨 또는 환경 변수로 보안 비밀에 대한 기존 액세스 권한이 있는 포드는 액세스 권한을 유지합니다.

  • Kubernetes API 서버는 KEK를 폐기한 후에도 캐시된 DEK 매핑 항목을 사용하여 보안 비밀을 복호화할 수 있습니다. 그러면 다음 경우를 제외하고 다시 시작되거나 다시 예약된 포드가 보안 비밀에 액세스할 수 있습니다.

    • 클러스터 제어 영역이 다시 시작되었습니다.
    • Kubernetes API 서버 포드가 다시 시작됩니다.
    • 보안 비밀의 DEK 매핑 항목은 Kubernetes API 서버 캐시에 없습니다.

KEK를 폐기하기 전에 클러스터에서 사용 중인지 확인합니다. Cloud KMS에서 키 폐기에 대한 알림 정책을 작성할 수도 있습니다.

시작하기 전에

  • 이 주제의 연습을 수행하려면 다음 2개의 Google Cloud 프로젝트가 필요합니다.

    • 키 프로젝트: KEK를 만들 위치입니다.

    • 클러스터 프로젝트: 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용 설정하는 클러스터를 만드는 프로젝트입니다.

  • 키 프로젝트에서 Cloud KMS API가 사용 설정되었는지 확인합니다.

    Cloud KMS API 사용 설정

  • 키 프로젝트에서 키링과 키를 생성하는 사용자는 다음과 같은 IAM 권한이 필요합니다.

    • cloudkms.keyRings.getIamPolicy
    • cloudkms.keyRings.setIamPolicy

    이러한 권한은 사전 정의된 roles/cloudkms.admin ID 및 액세스 관리 역할에 부여됩니다. Cloud KMS 문서에서 키를 관리할 권한을 부여하는 방법에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

  • 클러스터 프로젝트에서는 Google Kubernetes Engine API가 사용 설정되었는지 확인합니다.

    Google Kubernetes Engine API 사용 설정

  • Cloud SDK가 설치되었는지 확인합니다.

  • gcloud를 최신 버전으로 업데이트합니다.

    gcloud components update

Cloud KMS 키 만들기

키 링을 만들 때 GKE 클러스터의 위치와 일치하는 위치를 지정합니다.

  • 영역 클러스터는 상위 집합 위치의 키링을 사용합니다. 예를 들어 us-central1-a 영역의 클러스터는 us-central1 리전의 키만 사용할 수 있습니다.

  • 리전 클러스터는 동일한 위치의 키링을 사용합니다. 예를 들어 asia-northeast1 리전의 클러스터는 asia-northeast1 리전의 키링으로 보호되어야 합니다.

  • Cloud KMS global 리전은 GKE에서 사용하도록 지원되지 않습니다.

gcloud 도구 또는 Google Cloud Console을 사용할 수 있습니다.

Console

키 프로젝트에서 키링을 만듭니다.

  1. Cloud Console에서 암호화 키링 페이지로 이동합니다.

    암호화 키링으로 이동

  2. 키링 만들기를 클릭합니다.

  3. 키링 이름 필드에 키링의 이름을 입력합니다.

  4. 위치 드롭다운에서 Kubernetes 클러스터의 위치를 선택합니다.

  5. 만들기를 클릭합니다.

그런 다음 키를 만듭니다.

  1. Cloud Console에서 암호화 키링 페이지로 이동합니다.

    암호화 키링으로 이동

  2. 키를 만들 키링의 이름을 클릭합니다.

  3. 키 만들기를 클릭합니다.

  4. 키 이름 필드에 키의 이름을 입력합니다.

  5. 순환 기간시작일의 기본값을 그대로 사용합니다. 또는 다른 값을 사용하려면 키 순환 기간 및 시작 시간을 설정합니다.

  6. [선택사항] 키에 라벨을 추가하려면 라벨 필드에서 라벨 추가를 클릭합니다.

  7. 만들기를 클릭합니다.

gcloud

키 프로젝트에서 키링을 만듭니다.

gcloud kms keyrings create RING_NAME \
    --location LOCATION \
    --project KEY_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • RING_NAME: 키링에 선택한 이름입니다.
  • LOCATION: 키링을 만들 위치입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.

키를 만듭니다.

gcloud kms keys create KEY_NAME \
    --location LOCATION \
    --keyring RING_NAME \
    --purpose encryption \
    --project KEY_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • KEY_NAME: 키에 선택한 이름입니다.
  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.

키 사용 권한 부여

클러스터 프로젝트의 GKE 서비스 계정은 다음 이름을 갖습니다.

service-CLUSTER_PROJECT_NUMBER@container-engine-robot.iam.gserviceaccount.com

CLUSTER_PROJECT_NUMBER를 클러스터 프로젝트 번호로 바꿉니다. gcloud 도구를 사용하여 프로젝트 번호를 찾으려면 다음 명령어를 실행합니다.

gcloud projects describe CLUSTER_PROJECT_ID \
    --format="value(projectNumber)"

서비스 계정에 액세스 권한을 부여할 때 Google Cloud Console 또는 gcloud 도구를 사용할 수 있습니다.

Console

GKE 서비스 계정에 Cloud KMS CryptoKey 암호화/복호화 역할을 부여합니다.

  1. Google Cloud Console에서 Cloud Key Management Service 키 브라우저를 엽니다.
    Cloud KMS 키 브라우저 열기
  2. 원하는 키가 포함된 키링의 이름을 클릭합니다.

  3. 원하는 키의 체크박스를 선택합니다.

    오른쪽 창의 권한 탭이 활성화됩니다.

  4. 구성원 추가 대화상자에서 액세스 권한을 부여할 GKE 서비스 계정의 이메일 주소를 지정합니다.

  5. 역할 선택 드롭다운에서 Cloud KMS CryptoKey Encrypter/Decrypter를 선택합니다.

  6. 저장을 클릭합니다.

gcloud

GKE 서비스 계정에 Cloud KMS CryptoKey 암호화/복호화 역할을 부여합니다.

gcloud kms keys add-iam-policy-binding KEY_NAME \
  --location LOCATION \
  --keyring RING_NAME \
  --member serviceAccount:SERVICE_ACCOUNT_NAME \
  --role roles/cloudkms.cryptoKeyEncrypterDecrypter \
  --project KEY_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • KEY_NAME: 키의 이름입니다.
  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • SERVICE_ACCOUNT_NAME: GKE 서비스 계정의 이름입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 사용 설정

새 클러스터

Google Cloud Console 또는 gcloud 도구를 사용하여 새 클러스터를 만들 수 있습니다.

Console

  1. Cloud Console에서 Google Kubernetes Engine 페이지로 이동합니다.

    Google Kubernetes Engine으로 이동

  2. 만들기를 클릭합니다.

  3. 원하는 대로 클러스터를 구성합니다.

  4. 탐색창의 클러스터에서 보안을 클릭합니다.

  5. 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 사용 설정을 선택하고 Cloud KMS 키 만들기에서 만든 데이터베이스 암호화 키를 선택합니다.

  6. 만들기를 클릭합니다.

gcloud

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 지원하는 클러스터를 만들려면 create 명령어에 --database-encryption-key 매개변수 값을 지정합니다.

gcloud container clusters create CLUSTER_NAME \
  --cluster-version=latest \
  --region COMPUTE_REGION \
  --database-encryption-key projects/KEY_PROJECT_ID/locations/LOCATION/keyRings/RING_NAME/cryptoKeys/KEY_NAME \
  --project CLUSTER_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • CLUSTER_NAME: 새 클러스터에 대해 선택한 이름입니다.
  • COMPUTE_REGION: 클러스터를 만들려는 컴퓨팅 리전입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.
  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • KEY_NAME: 키의 이름입니다.
  • CLUSTER_PROJECT_ID: 클러스터의 프로젝트 ID입니다.

기존 클러스터에서

gcloud 도구 또는 Google Cloud Console을 사용하여 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용하도록 기존 클러스터를 업데이트할 수 있습니다.

콘솔

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 지원하도록 클러스터를 업데이트하려면 다음 안내를 따르세요.

  1. Cloud Console에서 Google Kubernetes Engine 페이지로 이동합니다.

    Google Kubernetes Engine으로 이동

  2. 수정할 클러스터의 이름을 클릭합니다.

  3. 보안애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 필드에서 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 수정을 클릭합니다.

  4. 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 사용 설정 체크박스를 선택하고 Cloud KMS 키 만들기에서 만든 데이터베이스 암호화 키를 선택합니다.

  5. 변경사항 저장을 클릭합니다.

gcloud

기존 클러스터에서 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용 설정하려면 다음 명령어를 실행합니다.

gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
  --region COMPUTE_REGION \
  --database-encryption-key projects/KEY_PROJECT_ID/locations/LOCATION/keyRings/RING_NAME/cryptoKeys/KEY_NAME \
  --project CLUSTER_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • CLUSTER_NAME: 클러스터 이름입니다.
  • COMPUTE_REGION: 클러스터의 컴퓨팅 리전입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.
  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • KEY_NAME: 키의 이름입니다.
  • CLUSTER_PROJECT_ID: 클러스터의 프로젝트 ID입니다.

Cloud KMS 키 업데이트

Console

새 Cloud KMS 키를 사용하도록 클러스터를 업데이트하려면 다음 안내를 따르세요.

  1. Cloud Console에서 Google Kubernetes Engine 페이지로 이동합니다.

    Google Kubernetes Engine으로 이동

  2. 수정할 클러스터의 이름을 클릭합니다.

  3. 보안애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 필드에서 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 수정을 클릭합니다.

  4. 사용하려는 새 암호화 키를 선택합니다.

  5. 변경사항 저장을 클릭합니다.

gcloud

새 Cloud KMS 키를 사용하도록 기존 클러스터를 업데이트합니다.

gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
  --region COMPUTE_REGION \
  --database-encryption-key projects/KEY_PROJECT_ID/locations/LOCATION/keyRings/RING_NAME/cryptoKeys/KEY_NAME \
  --project CLUSTER_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • CLUSTER_NAME: 클러스터 이름입니다.
  • COMPUTE_REGION: 클러스터의 컴퓨팅 리전입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.
  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • KEY_NAME: 키의 이름입니다.
  • CLUSTER_PROJECT_ID: 클러스터의 프로젝트 ID입니다.

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 사용 중지

gcloud 도구 또는 Google Cloud Console을 사용할 수 있습니다.

Console

  1. Cloud Console에서 Google Kubernetes Engine 페이지로 이동합니다.

    Google Kubernetes Engine으로 이동

  2. 수정할 클러스터의 이름을 클릭합니다.

  3. 보안애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 필드에서 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 수정을 클릭합니다.

  4. 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 사용 설정 체크박스를 선택 취소합니다.

  5. 변경사항 저장을 클릭합니다.

gcloud

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용 중지하려면 다음 명령어를 실행합니다.

gcloud container clusters update CLUSTER_NAME \
  --region COMPUTE_REGION \
  --disable-database-encryption \
  --project CLUSTER_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • CLUSTER_NAME: 클러스터 이름입니다.
  • COMPUTE_REGION: 클러스터의 컴퓨팅 리전입니다.
  • CLUSTER_PROJECT_ID: 클러스터의 프로젝트 ID입니다.

애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화가 사용 설정되어 있는지 확인

Google Cloud Console 또는 gcloud 명령줄 도구에서 클러스터가 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용하는지 확인할 수 있습니다.

콘솔

  1. Cloud Console에서 Google Kubernetes Engine 페이지로 이동합니다.

    Google Kubernetes Engine으로 이동

  2. 수정할 클러스터의 이름을 클릭합니다.

  3. 보안에서 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화 필드에 Enabled가 표시되고 올바른 키가 나열되어 있는지 확인합니다.

gcloud

클러스터가 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용하는지 여부를 확인합니다.

gcloud container clusters describe CLUSTER_NAME \
  --region COMPUTE_REGION \
  --format 'value(databaseEncryption)' \
  --project CLUSTER_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • CLUSTER_NAME: 클러스터 이름입니다.
  • COMPUTE_REGION: 클러스터의 컴퓨팅 리전입니다.
  • CLUSTER_PROJECT_ID: 클러스터의 프로젝트 ID입니다.

클러스터가 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화를 사용하는 경우 응답에 EncryptionConfig가 포함됩니다.

keyName=projects/project/locations/LOCATION/keyRings/RING_NAME/cryptoKeys/KEY_NAME;state=ENCRYPTED

제한사항

보안 비밀 수

GKE는 애플리케이션 레이어 보안 비밀 암호화에 대해 클러스터당 최대 10,000개의 보안 비밀을 지원합니다. 10,000개를 초과하는 보안 비밀을 저장하는 경우 업그레이드 시 클러스터가 불안정해질 수 있으므로 워크로드가 중단될 가능성이 있습니다.

키 위치

사용 중인 클러스터와 동일한 리전에서 키를 선택해야 합니다. 예를 들어 us-central1-a의 영역 클러스터는 us-central1 리전의 키만 사용할 수 있습니다. 리전 클러스터의 경우 지연 시간을 줄이고 리소스가 여러 장애 도메인에 분산된 서비스에 의존하는 경우를 방지하기 위해 키가 동일한 위치에 있어야 합니다.

키 순환

키 순환을 수행할 때 기존 보안 비밀은 이전 키 암호화 키(KEK) 버전으로 암호화된 상태로 유지됩니다. 최신 KEK 버전이 보안 비밀을 래핑하도록 하려면 키 순환 후 보안 비밀을 다시 암호화합니다.

예를 들면 Secret1이라는 보안 비밀을 만들고 저장합니다. 이 보안 비밀은 DEK1로 암호화되며, 이 자체는 KEKv1로 래핑됩니다.

KEK 순환 후 Secret1을 다시 암호화하여 순환된 KEK인 KEKv2로 래핑된 DEK2로 래핑되도록 합니다.

보안 비밀 재암호화

보안 비밀의 자동 재암호화를 강제할 수 있는 방법은 없습니다. 원하는 경우 새 키 버전을 만들어 KEK를 수동으로 순환할 수 있습니다.

gcloud kms keys versions create --location LOCATION \
   --keyring RING_NAME \
   --key KEY_NAME \
   --primary \
   --project KEY_PROJECT_ID

다음을 바꿉니다.

  • LOCATION: 키링을 만든 Cloud KMS 위치입니다.
  • RING_NAME: 키링의 이름입니다.
  • KEY_NAME: 키의 이름입니다.
  • KEY_PROJECT_ID: 키 프로젝트 ID입니다.

그런 다음 모든 보안 비밀을 수정하여 GKE를 재암호화하도록 합니다.

kubectl get secrets --all-namespaces -o json | kubectl annotate --overwrite -f - encryption-key-rotation-time="TIME"

TIME을 순환 발생 시점을 나타내는 문자열로 바꿉니다(예: 20200909-090909).

EncryptionConfig

현재 GKE에서는 Cloud KMS의 키만 지원됩니다. 다른 Kubernetes KMS 공급자 또는 다른 암호화 공급자를 사용할 수 없습니다.

문제 해결

Cloud KMS 키가 중지된 경우

GKE의 기본 서비스 계정은 애플리케이션 레이어의 보안 비밀 암호화에 사용 중지된 Cloud KMS 키를 사용할 수 없습니다.

중지된 키를 다시 사용 설정하려면 중지된 키 버전 사용 설정을 참조하세요.

다음 단계