Kubernetes 部署kafka ACL(单机版)

在Kafka0.9版本之前，Kafka集群时没有安全机制的。Kafka Client应用可以通过连接Zookeeper地址，例如zk1:2181:zk2:2181,zk3:2181等。来获取存储在Zookeeper中的Kafka元数据信息。拿到Kafka Broker地址后，连接到Kafka集群，就可以操作集群上的所有主题了。由于没有权限控制，集群核心的业务主题时存在风险的。

权限控制类型

kafka权限控制整体可以分为三种类型：

• 基于SSL

• 基于Kerberos(此认证一般基于CDH，本文不与讨论)

• 基于acl的

第一种类型，需要创建ca，给证书签名，server和client配置SSL通讯。实现比较麻烦！

第二种类型，需要搭建一台Kerberos认证服务器，实现较复杂！

第三种类型，是kakfa内置的，实现简单。

本文将重点介绍基于ACL的认证实现。

身份认证

Kafka的认证范围包含如下：

• Client与Broker之间

• Broker与Broker之间

• Broker与Zookeeper之间

当前Kafka系统支持多种认证机制，如SSL、SASL（Kerberos、PLAIN、SCRAM）。

本文所使用的是基于SASL，认证范围主要是Client与Broker之间。

SASL认证流程

在Kafka系统中，SASL机制包含三种，它们分别是Kerberos、PLAIN、SCRAM。

以PLAIN认证为示例，下面给大家介绍PLAIN认证流程。

先来简述一下核心步骤，请勿操作！

配置Server

要配置SASL和ACL，我们需要在broker端进行两个方面的设置。首先是创建包含所有认证用户信息的JAAS文件。本例中，我们假设有3个用户：admin, reader和writer，其中admin是管理员，reader用户读取Kafka集群中topic数据，而writer用户则负责向Kafka集群写入消息。我们假设这3个用户的密码分别与用户名相同（在实际场景中，管理员需要单独把密码发给各自的用户），因此我们可以这样编写JAAS文件：

KafkaServer {
org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required
username="admin"
password="admin"
user_admin="admin"
user_reader="reader"
user_writer="writer";
};

保存该文件为kafka_cluster_jaas.conf，之后我们需要把该文件的完整路径作为一个JVM参数传递给Kafka的启动脚本。不过由于bin/kafka-server-start.sh只接收server.properties的位置，不再接收其他任何参数，故我们需要修改该启动脚本。具体做法如下：

vim bin/kafka-server-start.sh

把该文件中的这行：

exec $base_dir/kafka-run-class.sh $EXTRA_ARGS kafka.Kafka "$@"

修改为下面这行，然后保存退出

exec $base_dir/kafka-run-class.sh $EXTRA_ARGS -Djava.security.auth.login.config=/path/kafka_cluster_jaas.conf kafka.Kafka "$@"

配置好JAAS文件后，我们开始修改broker启动所需的server.properties文件，你至少需要配置(或修改)以下这些参数：

# 配置ACL入口类
authorizer.class.name=kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer
# 本例使用SASL_PLAINTEXT
listeners=SASL_PLAINTEXT://:9092
# 指定SASL安全协议
security.inter.broker.protocol= SASL_PLAINTEXT
# 配置SASL机制
sasl.mechanism.inter.broker.protocol=PLAIN
# 启用SASL机制
sasl.enabled.mechanisms=PLAIN
# 设置本例中admin为超级用户
super.users=User:admin

Ok，现在我们可以启动broker了（当前肯定要先启动Zookeeper）

bin/ kafka-server-start.sh ../config/server.properties

可见，Kafka broker已经成功启动了。不过当前该broker只会接收已认证client发来的请求。下面我们继续clients端的配置。

Client端配置

当Kafka Server端配置启用了SASL/PLAIN，那么Client连接的时候需要配置认证信息，Client配置一个kafka_client_jaas.conf文件，内容如下：

KafkaClient {
org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required
username="writer"password="writer";
};

然后，在producer.properties和consumer.properties文件中设置认证协议，内容如下：

security.protocol=SASL_PLAINTEXT 
sasl.mechanism=PLAIN

最后，在kafka-console-producer.sh脚本和kafka-console-producer.sh脚本中添加JAAS文件的路径，内容如下：

把该文件中的这行：

exec $(dirname $0)/kafka-run-class.sh kafka.tools.ConsoleProducer "$@"

修改为下面这行，然后保存退出

exec $(dirname $0)/kafka-run-class.sh -Djava.security.auth.login.config=/path/writer_jaas.conf kafka.tools.ConsoleProducer "$@"

ACL操作

在配置好SASL后，启动Zookeeper集群和Kafka集群之后，就可以使用kafka-acls.sh脚本来操作ACL机制。

（1）查看：在kafka-acls.sh脚本中传入list参数来查看ACL授权新

kafka-acls.sh --list --authorizer-properties zookeeper.connect=zookeeper_server:2181

（2）创建：创建待授权主题之前，在kafka-acls.sh脚本中指定JAAS文件路径，然后在执行创建操作

kafka-topics.sh --create --zookeeper zookeeper_server:2181 --replication-factor 1 --partitions 1 --topic kafka_acl_topic

（3）生产者授权：对生产者执行授权操作

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation Write --topic=*

（4）消费者授权：对生产者执行授权后，通过消费者来进行验证

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –topic=*

（5）组授权：允许只读用户的所有组操作

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –group=*

每台服务器的硬件配置为，1核3G，20G硬盘。请确保有2G的可用内存！

请确保已经安装好了k8s集群，关于k8s的安装，请参考连接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/9947548.html

里面有详细的过程，使用一键脚本即可。本文就是在这个环境上，操作的！

架构图：

只需要在Kafka_server 设置ACL规则就可以了。主要针对topic 做权限验证！创建读写用户进行验证。

客户端可以随意创建topic，但是向topic里面读写内容，就需要做验证了！

登录到node2服务器

mkdir /opt/zookeeper

目录结构如下：

./
├── dockerfile
├── run.sh
├── sources.list
├── zoo.cfg
└── zookeeper-3.4.13.tar.gz

具体文件内容，请参考链接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-2-2-0

记住，先不要把docker run起来。后面会用k8s 启动镜像。

登录到node2服务器

mkdir /opt/kafka_server

目录结构如下：

./
├── dockerfile
├── kafka_2.12-2.1.0.tgz
├── kafka_cluster_jaas.conf
├── run.sh
└── sources.list

具体文件内容，请参考链接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-3-6-0

记住，先不要把docker run起来。后面会用k8s 启动镜像。

登录到node2服务器

mkdir /opt/kafka_client

目录结构如下：

./
├── consumer.config
├── dockerfile
├── kafka_2.12-2.1.0.tgz
├── producer.config
├── reader_jaas.conf
├── run.sh
├── sources.list
└── writer_jaas.conf

具体文件内容，请参考链接：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-4-6-0

记住，先不要把docker run起来。后面会用介绍如何启动镜像。

登录到node2 服务器，将zookeeper和kafka_server镜像推送到私有仓库

docker tag zookeeper 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1
docker push 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1

docker tag kafka_server 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1
docker push 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1

zookeeper

登录到k8s主控制服务器，新建zookeeper.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment 
metadata: 
  name: zookeeper-1
spec: 
  replicas: 1
  template: 
    metadata: 
      labels: 
        name: zookeeper-1 
    spec: 
      containers: 
        - name: zookeeper-1
          image: 192.168.0.89:5000/zookeeper_v1
          ports:
          - containerPort: 2128

---
apiVersion: v1 
kind: Service 
metadata: 
  name: zookeeper-1
  labels:
    name: zookeeper-1
spec:
  #type: NodePort
  ports:
  - name: client
    port: 2181
    protocol: TCP
    #nodePort: 12182
  - name: followers
    port: 2888
    protocol: TCP
  - name: leader
    port: 3888
    protocol: TCP
  - name: jmx
    port: 7071
    protocol: TCP
    #nodePort: 17072
  selector:
    name: zookeeper-1

kafka_server

新建文件kafka_server.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1
kind: Deployment
metadata:
  name: kafka-server-1
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        name: kafka-server-1
    spec:
      containers:
        - name: kafka-server-1
          image: 192.168.0.89:5000/kafka_server_v1
          env:
          - name: zookeeper
            value: "zookeeper-1.default.svc.cluster.local"
          - name: kafka
            valueFrom:
              fieldRef:
                fieldPath: status.podIP
          ports:
          - containerPort: 9092

---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: kafka-server-1
  labels:
    name: kafka-server-1
spec:
  type: NodePort
  ports:
    targetPort: 9092
    protocol: TCP
    nodePort: 9092
  selector:
    name: kafka-server-1

注意：这里的kafka_server的listeners地址由kafka变量决定，它是pod ip。

在之前的文章，链接如下：

https://www.cnblogs.com/xiao987334176/p/10052795.html#autoid-3-6-0

启动kafka时，依赖2个变量。一个是zookeeper地址，一个是kafka监听地址。

看下面这段，就是制定了2个变量，分别是zookeeper和kafka。它对应就是run.sh中的2个变量

env:
    - name: zookeeper
    value: "zookeeper-1.default.svc.cluster.local"
    - name: kafka
    valueFrom:
      fieldRef:
        fieldPath: status.podIP

env表示环境变量。

kafka_server.yaml无法直接获取zookeeper的pod ip。所以使用 zookeeper-1.default.svc.cluster.local 来获取。其中zookeeper-1对应的是zookeeper.yaml中的name，后面的值，是固定的。

要想获取kafka_server的pod id，需要使用这种写法

valueFrom:
  fieldRef:
    fieldPath: status.podIP

创建应用

kubectl create -f zookeeper.yaml --validate kubectl create -f kafka_server.yaml --validate

等待1分钟，查看状态

root@k8s-master001:~# kubectl get pods -o wide
NAME                              READY     STATUS    RESTARTS   AGE       IP                NODE
kafka-server-1-5c58954d49-kxgj6   1/1       Running   0          2h        192.138.150.193   k8s-node001
zookeeper-1-f84745dd8-84xr8       1/1       Running   0          2h        192.138.6.129     k8s-node002

如果启动失败，使用以下命令查看日志

kubectl describe po zookeeper-1-f84745dd8-84xr8

Shell客户端测试

使用docker run一个镜像

docker run -it -e zookeeper=192.169.6.131 -e kafka=192.169.150.195 kafka_client

注意：-e 参数后面的ip地址要正确，就是pod ip

进入容器

docker exec -it ada31484e3d6 /bin/bash

创建一个测试topic,名为test,单分区，副本因子是1

cd /kafka_2.12-2.1.0/bin/kafka-topics.sh --create --zookeeper 192.169.6.131:2181 --topic test --partitions 1 --replication-factor 1

配置ACL来让writer用户有权限写入所有topic

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation Write --topic=*

为reader用户设置所有topic的读取权限

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –topic=*

然后设置reader用户访问group的权限，-group=* 表示允许所有组

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:reader --operation Read –group=*

登录到kafka_client，再开一个窗口。

第一个窗口进入生产者模式，输入342

bin/writer-kafka-console-producer.sh --broker-list 192.138.150.193:9092 --topic test --producer.config config/producer.config
>342

第二个窗口，运行消费者

cd /kafka_2.12-2.1.0/
bin/reader-kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server 192.138.150.193:9092 --topic test --from-beginning --consumer.config config/consumer.config

这个时候会接收到

342

Shell脚本的客户端，测试完成。

如果需要给writer 用户所有权限，可以使用以下命令：

bin/kafka-acls.sh --authorizer kafka.security.auth.SimpleAclAuthorizer --authorizer-properties zookeeper.connect=192.138.6.129:2181 --add --allow-principal User:writer --operation All --topic=*

Java 客户端测试

在使用java 客户端测试之前，确保客户端能直接连接k8s 中的 pod ip。

登录k8s 主控端，增加一条iptables规则。192.138.0.0/16是pod网段

iptables -t nat -I POSTROUTING -s 192.168.0.0/24 -d 192.138.0.0/16 -o tunl0 -j MASQUERADE

客户端是window 10电脑，增加一条路由，确保有管理权限

route add 192.138.0.0 MASK 255.255.0.0 192.168.0.121

测试是否能够ping通 kafka_server的ip地址

ping 192.138.150.193

使用 java客户端的测试，代码如下：

public void send() {
    String jaasTemplate = "org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required username=\"%s\" password=\"%s\";";
    String jaasCfg = String.format(jaasTemplate, "writer", "writer");
    Properties props = new Properties();
    props.put("bootstrap.servers", "192.138.150.193:9092");
    props.put("acks", "all");
    props.put("batch.size", 16384);
    props.put("buffer.memory", 33554432);
    
    props.put("key.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");
    props.put("value.serializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringSerializer");

    props.put("security.protocol", "SASL_PLAINTEXT");
    props.put("sasl.mechanism", "PLAIN");
    props.put("sasl.jaas.config", jaasCfg);

    Producer<String, String> producer = new KafkaProducer<>(props);
    for (int i = 0; i < 20; i++) {
        producer.send(new ProducerRecord<String, String>("test", "game", Integer.toString(i))); 
    }

    producer.close();
}


public void receive() {
    String jaasTemplate = "org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required username=\"%s\" password=\"%s\";";
    String jaasCfg = String.format(jaasTemplate1, "reader", "reader");

    Properties props = new Properties();
    props.put("bootstrap.servers", "192.138.150.193:9092");
    props.put("group.id", "xxx");
    props.put("enable.auto.commit", "true");
    props.put("auto.commit.interval.ms", "1000");

    props.put("key.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");
    props.put("value.deserializer", "org.apache.kafka.common.serialization.StringDeserializer");

    props.put("security.protocol", "SASL_PLAINTEXT");
    props.put("sasl.mechanism", "PLAIN");
    props.put("sasl.jaas.config", jaasCfg);
    KafkaConsumer<String, String> consumer = new KafkaConsumer<>(props);
    consumer.subscribe(Arrays.asList("test"));
    while (true) {
        ConsumerRecords<String, String> records = consumer.poll(Duration.ofMillis(100));
        for (ConsumerRecord<String, String> record : records) {
            System.out.println(record.value());
        }
    }
}

如果输出0~19，则测试生产者和消费者正常。

使用Python代码测试

先安装模块，本文使用的python版本为3.5.2

pip3 install kafka

新建文件kafka_client.py，代码如下：

#!/usr/bin/env python3
# coding: utf-8

from kafka import KafkaProducer
from kafka import KafkaConsumer


class KafkaClient(object):  # kafka客户端程序
    def __init__(self, kafka_server, port, topic):
        self.kafka_server = kafka_server  # kafka服务器ip地址
        self.port = port  # kafka端口
        self.topic = topic  # topic名

    def producer(self, username, password, content):
        """
        生产者模式
        :param username: 用户名 
        :param password: 密码
        :param content: 发送内容
        :return: object
        """
        
        # 连接kafka服务器,比如['192.138.150.193:9092']
        producer = KafkaProducer(bootstrap_servers=['%s:%s' % (self.kafka_server, self.port)],
                                 security_protocol="SASL_PLAINTEXT",  # 指定SASL安全协议
                                 sasl_mechanism='PLAIN',  # 配置SASL机制
                                 sasl_plain_username=username,  # 认证用户名
                                 sasl_plain_password=password,  # 密码
                                 )

        producer.send(self.topic, content.encode('utf-8'))  # 发送消息,必须是二进制
        producer.flush()  # flush确保所有meg都传送给broker
        # producer.close()
        return producer

    def consumer(self, username, password):
        """
        消费者模式
        :param username: 用户名 
        :param password: 密码
        :return: object
        """
        
        # 连接kafka,指定组为test_group
        consumer = KafkaConsumer(topic, group_id='test_group', bootstrap_servers=['%s:%s' % (kafka_server, port)],
                                 sasl_mechanism="PLAIN",
                                 security_protocol='SASL_PLAINTEXT',
                                 sasl_plain_username=username,
                                 sasl_plain_password=password,
                                 )
        return consumer
        # for msg in consumer:
        #     recv = "%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (msg.topic, msg.partition, msg.offset, msg.key, msg.value)
        #     print(recv)


kafka_server = "192.138.150.193"  
port = "9092"
topic = "test"

### 生产者######################################################
username = "writer"
password = "writer"
kafka_client = KafkaClient(kafka_server, port, topic)
result = kafka_client.producer(username, password, "hello")  # 发送消息hello
print("生产者执行完毕!")

### 消费者######################################################
username = "reader"
password = "reader"
consumer = kafka_client.consumer(username, password)  # 消费消息
print("消费者已执行,等待输出结果：")
for msg in consumer:  # 遍历结果
    # 输出topic,partition,offset,key,value
    recv = "%s:%d:%d: key=%s value=%s" % (msg.topic, msg.partition, msg.offset, msg.key, msg.value)
    print(recv)

执行代码，输出：

生产者执行完毕!
消费者已执行,等待输出结果：
test:0:218: key=None value=b'hello'

如果出现hello，表示成功!