2016 年 9 月 14 日，Envoy 的開源標志著應用技術架構進入到服務網格（Service Mesh）時代，2017 年 5 月 24 日，Google、IBM、Lyft 共同宣布 Istio 開源標志著進入由控制面和數據面組成的服務網格成為主流。Istio 是當前最受歡迎的服務網格技術。

什么是服務網格？服務網格（Service Mesh）是管控服務間通信網絡的邏輯隔離空間，提供一致透明的服務發現、流量和全鏈路觀測管理環境。同一網格可管理來自多個 Kubernetes 集群，甚至異構 VM 的服務，同一網格內的服務默認網絡互通。

Service Mesh 技術的關注點在于服務間通訊，其目標是剝離客戶端 SDK，為應用減負，提供的能力主要包括安全性、路由、策略執行、流量管理等。

服務網格是微服務架構的升級，核心的動作是業務邏輯和網絡通信的拆分。Service Mesh 技術的優勢是屏蔽分布式系統通信的復雜性(負載均衡、服務發現、認證授權、監控追蹤、流量控制等等)，服務只用關注業務邏輯。

服務是服務網格管理流量的基本單位，一個服務可對應多個 endpoint 實例，對應關系可來源于服務網格對 Kubernetes 集群的 K8S Service 自動發現，或手動注冊 endpoint 與服務的對應關系。

數據面包括邊緣代理網關與 sidecar proxy。邊緣代理網關以獨立 Pod 的形式部署于網格服務發現 Kubernetes 集群中，管控觀測南北向流量；sidecar proxy 部署于業務 Pod 內，或業務虛擬機內，管控觀測東西向流量。

控制面管理和配置，數據面做流量的路由轉發。

服務網格架構對

安全防御帶來的改變

服務網格在提供微服務間的通信管理、流量控制和安全性方面發揮了重要作用，但在實施和維護過程中也面臨一些安全挑戰：

問題一：服務網格對內、對外的網絡訪問策略應該如何管控？

雖然服務網格提供了細粒度的訪問控制策略，但復雜、錯誤的策略可能導致未授權訪問或過度限制合法流量。

網格內的訪問控制

Istio 的流量路由規則可以讓您輕松地控制服務之間的流量和 API 調用。

微服務有特殊的安全需求，包括防止中間人攻擊、靈活的訪問控制、審計工具和相互的 TLS。Istio 包括一個全面的安全解決方案，提供了強大的身份、強大的策略、透明的 TLS 加密，以及驗證、授權和審計（AAA）工具來保護服務和數據。 

如何在服務網格中管理7層流量？

Sidecar 模式是最成熟的服務網格部署模式，已被廣泛采用在生產環境中，得到了充分的驗證和支持。Sidecar 模式每個服務實例一個 L4 和 L7 的代理，安全性高，因為每個服務實例都是隔離的，減少了潛在的攻擊面。 

●網絡代理：管理服務間的通信，攔截和處理進出服務的流量。 

●日志和監控：收集和轉發日志、指標和追蹤信息。 

●安全性：實現身份驗證、授權和加密。

●配置管理：動態加載和更新配置。

Sidecar和控制中心協同，鑒權處理需要訪問控制中心的服務授權信息，對于日志處理需要攔截日志后將日志寫入到消息中間件。

網格間的訪問控制

一個大的微服務應用需要對外統一暴露API接口服務的時候，這些場景仍然需要使用API網關或微服務網關。

我們可以使用Envoy Gateway 或者 Istio Ingress Gateway，讓開發人員可以專注于業務邏輯，簡化了應用程序的開發，通過將灰度發布、藍綠部署、流量鏡像等運維能力從應用程序中剝離出來，讓運維能力不再依賴開發團隊。

安全隔離

以 service-based 的認證與授權機制，在容器化動態 IP 場景下，可以實現可控的服務認證與訪問控制管理。支持 JWT 請求身份認證、自動 mTLS 實現零信任網絡，以及基于身份和流量特征限制訪問權限。

實現基于身份認證的旁路阻斷

在服務網格架構中，流量可能繞過服務網格的控制和管理，從而導致安全性、可觀察性和流量管理缺失的風險。

●直接服務調用風險：如果微服務之間直接通過 IP 地址或其他方式進行調用，而不是通過服務網格的代理（如 Envoy），則會繞過服務網格的流量管理和安全策略。

●不當的網絡配置：網絡配置不當（如防火墻規則、路由設置等）可能導致流量繞過服務網格的代理。

●依賴外部服務風險：微服務可能依賴于外部服務（如第三方 API），如果這些調用不經過服務網格，可能導致旁路風險。

可以通過部署騰訊無侵入旁路風險檢測產品的方式，實現基于身份認證的旁路阻斷：

流量監控和異常檢測：實施流量監控和異常檢測機制，實時監控請求的行為，識別潛在的旁路攻擊。可以使用機器學習算法分析流量模式，及時發現異常行為。

●集成身份和訪問管理（IAM）：使用 IAM 解決方案來管理用戶和服務的身份驗證和授權。IAM 系統可以提供強大的身份驗證機制，確保只有經過驗證的用戶和服務才能訪問資源。

●實施強身份驗證機制：使用多因素身份驗證（MFA）等強身份驗證機制，增加身份驗證的安全性，防止未授權訪問。

●部署騰訊NDR套件：通過側栽的方式接入服務網格流量鏡像，識別風險，發現惡意攻擊和潛在威脅，對攻擊事件進行分析、溯源，并以旁路方式實現精準阻斷，對業務無侵入。

問題二：高可用環境下對服務網格安全策略的影響？

在高可用環境中，服務網格的安全策略需要綜合考慮身份驗證、授權、數據加密、流量管理、監控與審計等多個方面。

身份驗證與授權

●服務間身份驗證：在高可用環境中，服務可能會在多個實例之間進行負載均衡。服務網格需要確保每個服務實例都能安全地驗證其他服務的身份，通常通過使用短期證書（如 mTLS）來實現。

需要確保身份驗證機制的高可用性，以避免單點故障（SPOF）。可以考慮使用分布式身份管理系統。 

●細粒度授權：高可用環境中，服務的訪問控制策略需要靈活且高效。服務網格可以實現基于角色的訪問控制（RBAC）或基于屬性的訪問控制（ABAC），確保只有授權的服務能夠訪問特定資源。

需要定期審查和更新授權策略，以適應動態變化的服務實例和環境。

數據加密 

●傳輸層加密：在高可用環境中，服務之間的通信可能會通過多個網絡路徑進行。服務網格應確保所有服務間的通信都經過加密（如使用 mTLS），以防止數據在傳輸過程中被竊取或篡改。

需要考慮加密證書的管理和更新策略，以確保在高可用環境中不會因證書過期而導致服務中斷。 

●靜態數據加密：除了傳輸層的加密，靜態數據的加密也至關重要。確保存儲在數據庫或其他存儲系統中的敏感數據是加密的，以防止數據泄露。

流量管理與安全策略 

●流量控制：在高可用環境中，流量管理策略（如限流、熔斷、重試等）需要與安全策略相結合，以確保在高負載情況下仍能保持服務的安全性和可用性。

例如，流量限制可以防止惡意攻擊（如 DDoS 攻擊），而熔斷機制可以在服務故障時保護其他服務。 

●安全策略的動態調整：高可用環境中的服務可能會頻繁變化（如自動擴展、故障轉移等），因此安全策略需要能夠動態調整，以適應這些變化。

可以使用服務網格的控制平面來動態更新安全策略，而不需要重啟服務。

安全訪問監控與審計

●安全事件監控：在高可用環境中，監控安全事件（如未授權訪問、異常流量等）是確保系統安全的重要環節。服務網格可以集成監控工具，實時收集和分析安全相關的指標和日志。

需要支持輸出訪問日志、統計指標和調用跟蹤等可觀測性數據，以便和現有的安全系統進行能力集成。需要設置報警機制，以便在檢測到異常活動時及時響應。 

●審計與合規：高可用環境中的服務需要遵循合規要求，因此審計日志的收集和分析至關重要。服務網格應能夠記錄所有安全相關的事件，并提供審計功能，以便后續分析和合規檢查。

問題三：服務網格如何實現身份管理？

服務網格支持通過多種機制和工具實現身份管理，以確保微服務之間的安全通信和訪問控制。

身份管理在服務網格中主要涉及服務的身份驗證、授權和證書管理。以下是服務網格如何實現身份管理的幾個關鍵方面： 

●證書管理：服務網格通常使用 mTLS 來確保服務間的安全通信。管理和輪換證書可能會變得復雜，尤其是在大規模環境中。服務網格的控制平面（如 Istio、Linkerd）負責自動化證書的生成、分發和更新，確保服務實例在運行時始終擁有有效的證書。服務網格通常使用短期證書（如 mTLS）來實現服務間的身份驗證。這些證書的有效期較短，通常為幾小時到幾天，減少了證書被盜用的風險。 

●身份驗證：確保所有服務和用戶都經過適當的身份驗證是一個挑戰，尤其是在動態環境中，服務實例可能頻繁變化。服務網格通過代理（如 Envoy）處理服務間的通信，確保所有請求都經過身份驗證和授權檢查。盡管 mTLS 提供了加密保護，但如果證書管理不當，仍然可能面臨中間人攻擊的風險。

●安全監控與設計：服務網格可以記錄身份驗證和授權的相關事件，生成審計日志，以便后續分析和合規檢查。這些日志可以幫助識別潛在的安全問題和不當訪問行為。通過集成監控工具，服務網格可以實時監控身份管理相關的指標（如身份驗證失敗次數、授權請求等），及時發現異常情況。 

●安全策略的動態調整：服務網格支持動態更新身份管理策略，以適應不斷變化的環境：管理員可以通過服務網格的控制平面動態更新身份驗證和授權策略，而無需重啟服務。這種靈活性使得服務網格能夠快速響應安全需求的變化。

問題四：安全可觀測性和監控

服務網格的安全可觀測性是指在微服務架構中，通過監控、日志記錄和追蹤等手段，實時了解和分析服務間的安全狀態和行為。這種可觀測性對于識別潛在的安全威脅、確保合規性以及優化安全策略至關重要。

●安全指標監控：服務網格可以監控與安全相關的指標，例如身份驗證失敗次數、授權請求的成功與失敗、TLS 連接的狀態等。這些指標可以幫助識別異常行為和潛在的安全問題。

通過集成監控工具（如 Prometheus、Grafana），可以實時可視化這些指標，便于運維團隊進行分析和響應。 

●流量監控及異常檢測：監控服務間的流量模式，識別異常流量（如 DDoS 攻擊、數據泄露等）。服務網格可以提供流量的詳細視圖，包括請求的來源、目的地、協議等信息。在復雜的服務網格環境中，識別異常行為和潛在的安全威脅可能變得更加困難。 

●分布式追蹤：服務網格可以實現分布式追蹤，記錄請求在微服務間的流轉情況。這有助于了解請求的完整路徑，識別潛在的安全漏洞。通過追蹤工具（如 Jaeger、Zipkin），可以可視化請求的延遲和錯誤，幫助識別安全問題的根源。

問題五：依賴性管理中的安全問題

在服務網格的依賴性管理中，安全問題是一個重要的關注點。由于微服務架構的復雜性和服務之間的緊密耦合，安全漏洞可能會在不同服務之間傳播，導致嚴重的安全風險。 

●服務間的信任關系問題： 服務網格中的服務可能會建立不必要的信任關系，導致某個服務的漏洞影響到其他服務。

應對策略：實施最小權限原則，確保服務之間的信任關系僅限于必要的服務。使用服務網格的安全策略（如 Istio 的授權策略）來限制服務之間的通信。 

●供應鏈安全問題：服務網格通常依賴于多個第三方庫和服務，這些依賴項可能存在安全漏洞，會影響整個系統的安全性。需要確保所有依賴項都是最新的并且沒有已知漏洞。

應對策略：定期審查和更新第三方依賴，確保使用的庫和服務是最新的，并且沒有已知的安全漏洞。實施供應鏈安全策略，確保所有依賴的來源是可信的。

網格大小的劃分

在設計和實施服務網格時，合理的大小劃分是確保系統可維護性、可擴展性、安全性和性能的關鍵因素。服務網格的大小劃分通常涉及到微服務的劃分、服務之間的關系、流量管理、以及團隊的組織結構等多個方面。

在實際的應用案例中，一般都是基于業務模塊維度，或者基于單元化原則來進行網格的劃分。過大的網格，會導致管控策略的復雜度大幅升高；而把網格拆的過細，也會導致服務解耦成本的上升。

微服務的功能劃分，總體應基于單一職責原則，即每個微服務應專注于特定的業務功能或領域，遵循單一職責原則。這樣可以減少服務之間的耦合，提高服務的可維護性。其次，應考慮服務之間的依賴關系，過于復雜的依賴關系可能導致服務網格的管理和維護變得困難。對于高度依賴的服務，可以考慮將它們聚合為一個服務，以減少交互的復雜性。相反，對于功能過于龐大的服務，可以拆分為多個小服務。

也可以根據流量模式和使用情況劃分服務。例如，某些服務可能會處理大量的請求，而其他服務則相對較少。可以根據流量需求進行服務的劃分和部署。考慮服務的負載均衡策略，確保服務能夠有效地處理流量。過多的網格，也會帶來更精細的流量管理和安全策略需求，以確保跨集群的通信安全和可靠。 

可以考慮根據團隊的組織結構劃分服務。每個團隊可以負責一個或多個微服務，確保團隊能夠獨立開發、測試和部署服務。

總之，服務網格的大小劃分是一個復雜的過程，需要綜合考慮微服務的功能、依賴關系、流量管理、團隊結構、監控需求、性能要求、技術棧和基礎設施等多個因素。通過合理的劃分，可以提高系統的可維護性、可擴展性和性能，確保服務網格能夠有效支持業務需求。

盡管服務網格提供了許多安全功能，但在實施和維護過程中仍然面臨多種安全挑戰。組織需要采取綜合措施，包括合理的配置管理、有效的身份和訪問管理、監控和日志分析、以及團隊培訓，以應對這些挑戰并確保服務網格的安全性。