如何安全地授予对容器的访问权限以使用存储在 TPM 中的私钥

Question

对于具有TPM的物理设备上的单节点Kubernetes集群，我们如何安全地提供对容器的访问，以便它可以使用TPM中的私钥建立TLS连接？我理解如果我们将它们存储在可以公开的秘密中，但它们并不安全，就好像您可以访问设备一样，您可以获取秘密。因此，如果设备具有可以保护私钥的 TPM，但需要建立证书的容器需要安全地访问私钥。在 Windows 世界中，这更容易，因为证书管理器使用 TPM 提供程序框架存储它们，并且 .net 应用程序只需引用 TLS 连接的证书。这在 Linux 或容器世界中似乎并不容易。任何关于如何在 Linux 中实现这一点的想法都会很有帮助！

Answer 1

需要建立证书的容器需要安全地访问私钥。

是吗？

TPM（可信平台模块）的全部理念是为加密密钥提供硬件级安全性。这意味着，根据设计，TPM 确保私钥永远不会暴露在 TPM 环境之外，甚至不会暴露给主机操作系统：用于 TLS 连接的实际私钥永远不会被任何进程直接访问，包括在容器中运行的进程。

您可以在容器中使用可与主机上的 TPM 交互的软件。该软件应该能够与 TPM 通信。

例如，考虑一下，

tpm2-tools

：

FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update && apt-get install -y tpm2-tools
# Rest of your container setup

然后将 TPM 设备安装到容器中。在 Kubernetes 中，您可以通过修改 pod 规范来做到这一点：

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: tpm-example
spec:
  containers:
  - name: tpm-container
    image: your-tpm-enabled-container
    volumeMounts:
    - mountPath: /dev/tpm0
      name: tpm
  volumes:
  - name: tpm
    hostPath:
      path: /dev/tpm0
      type: CharDevice

是的，容器可以通过安全安装点对 TPM 设备（例如，

/dev/tpm0

）进行受控访问。
但这仅意味着容器可以请求 TPM 执行签名或密钥生成等操作，但它无法直接访问私钥。实际的加密操作（如签名）发生在 TPM 内部，遵循 TPM 的安全原则。

+-----------------------------+
| Kubernetes Node with TPM    |
| +-------------------------+ |
| |      Container          | |
| | +---------------------+ | |
| | |  Application with   | | |
| | | TPM-enabled Software| | |
| | +---|--------------|--+ | |
| |     |              |    | |
| |     |              |    | |
| | TPM device mounted |    | |
| | into the container |    | |
| +-----|--------------+----+ |
|       |                     |
|  TPM <---- Private Key      |
+-----------------------------+

在 TLS 握手期间，容器的应用程序（充当 TLS 客户端或服务器）需要证明其身份，通常是通过使用其私钥对数据进行签名。

应用程序不是直接访问私钥，而是请求 TPM 执行此签名操作。

TPM 接收数据，在内部对其进行签名，然后将签名返回给应用程序。
然后，该签名将用于 TLS 握手过程，从而在不暴露私钥的情况下对应用程序进行身份验证。

这假设托管 TPM 和容器的 Kubernetes 节点是安全的。并且容器的权限应该最小化，以减少攻击面。