VM 수준의 보안을 제공하는 gVisor 컨테이너 런타임

VM 수준의 보안을 제공하는 gVisor

조대협 (http://bcho.tistory.com)

Docker와 같은 일반적인 컨테이너 모델의 문제점은 Host Kernel을 공유하기 때문에, privilege escalation을 통해서 Host Kernel 을 접근해서 전체 시스템을 장악할 수 있다는 문제점이 있다. privilege escalation을 SeLinux나 컨테이너 정책으로 막는다고 하더라도, 버그등으로 인해서 Host Kernel 로의 접근을 허용할 수 있는 잠재적인 보안 위협이 있다.

컨테이너에 비해서 VM은 하드웨어 계층 부터 가상화를 해서, 전체를 Isolation 시키기 때문에, 보안적으로는 상대적으로 우세하지만, 전체적으로 무겁다는 단점을 가지고 있다.

이런 문제를 해결하기 위해서 VM과 컨테이너의 장점을 조합해서 만든 것이 gVisor 라는 오픈소스이다.

기본적으로 Host Kernel 위에서 KVM을 통해서 Kernel 을 Emulation한다. VM처럼 하드웨어 전체를 Emulate 하는 것이 아니라, Emulated 된 커널을 올릴 수 있도록 하고, 이 커널과 컨테이너는 User space에서 실행된다.

일반적인 컨테이너의 경우 컨테이너는 User space에서 실행되지만, system call을 통해서 Kernel space로 접근이 가능한데, gVisor의 경우에는 user space에 emulated 된 커널을 올려서, system call이 발생하더라도 user space를 벗어나지 않도록 해준다. 

아래 그림은 gVisor와 K8S의 관계 개념도인데, 쿠버네티스가 컨테이너를 생성 관리 하려면 컨테이너런 타임이 있어야 하는데,  gVisor의 runtime은 runsc이다. runsc는 OCI 규격을 준수하고 있기 때문에 쿠버네티스에서 기존의 컨테이너등과 호환이 가능하게 된다.   gVisor의 컨테이너는 컨테이너와 Sentry라는 가상화된 커널로 구성되며 이는 user space에서 기동된다. 

<출처 : https://www.youtube.com/embed/TQfc8OlB2sg> 

이러한 구조를 통해서 VM 수준의 Isolation을 제공함으로써 높은 보안을 제공한다. 

현재 Google Kubernetes Engine (이하 GKE)에서 옵션으로 활성화가 가능하며, Pod spec에 아래 그림과 같이 runtimeClassName 을 gvisor로 정해주면 된다.

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

  name: httpd

  labels:

    app: httpd

spec:

  replicas: 1

  selector:

    matchLabels:

      app: httpd

  template:

    metadata:

      labels:

        app: httpd

    spec:

      runtimeClassName: gvisor

      containers:

      - name: httpd

        image: httpd

이렇게 하면 이 Pod는 gvisor를 통해서 isolation이 된다. 일반적인 애플리케이션인 java,node.js,ruby 나 redis나 mysql과 같은 범용 애플리케이션은 잘 동작하지만

gVisor는 높은 수준의 보안을 요구 하는 애플리케이션이나 특히 대외로 서비스 되는 Multi tenant application의 경우 높은 isolation 레벨을 제공해서, 다른 Pod 들이 영향을 받지 않도록 하는데 유용하게 사용할 수 있다. 

이러한 장점은 있지만 역시 만능은 아니고 제약 사항이 분명히 있다.

• HostPath 볼륨 사용불가

• Istio 사용불가

• 일부 PSP 사용불가

• Pod나 컨테이너 레벨 모니터링 불가

• Kernel 의 특정 보안 모듈 secomp,Apparmor,Selinux 등 사용 불가

• GPU 등 사용불가

자세한 제약 사항은 https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/how-to/sandbox-pods#limitations 문서를 참고하기 바란다.