第二十七章：密钥与凭证管理

“密钥管理是安全的最后一公里 — 再好的加密算法，密钥泄露了也白搭。”

        mindmap
  root((密钥管理))
    HashiCorp Vault
      Secret Engines
      Auth Methods
      动态密钥
      PKI
    云密钥服务
      AWS KMS
      Azure Key Vault
      GCP Secret Manager
    K8s Secrets
      External Secrets
      Sealed Secrets
      CSI Driver
    密钥轮换
      零停机
      自动化
    泄露检测
      TruffleHog
      GitLeaks

27.1 密钥管理挑战

常见的密钥管理反模式：
❌ 硬编码在代码中：password = "admin123"
❌ 存储在环境变量：容器重启后可能丢失
❌ 提交到 Git：即使删除，历史中仍然存在
❌ 共享密钥：多个服务使用同一个密钥
❌ 永不轮换：密钥一用就是几年
❌ 明文传输：通过 Slack/邮件分享密钥

27.2 HashiCorp Vault

Vault 是最流行的密钥管理工具：

Vault 架构：
┌─────────────────────────────────────────┐
│              Vault Server                │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐            │
│  │ Secret   │  │  Auth    │            │
│  │ Engines  │  │ Methods  │            │
│  │          │  │          │            │
│  │ • KV     │  │ • Token  │            │
│  │ • PKI    │  │ • AppRole│            │
│  │ • Transit│  │ • K8s    │            │
│  │ • Database│ │ • AWS    │            │
│  │ • SSH    │  │ • OIDC   │            │
│  └──────────┘  └──────────┘            │
│  ┌──────────────────────────────────┐  │
│  │         Storage Backend          │  │
│  │    Consul / Raft / PostgreSQL    │  │
│  └──────────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────┘

Secret Engines

Engine	用途	特点
KV	键值存储	版本化、审计
PKI	证书管理	动态签发 X.509 证书
Transit	加密即服务	不暴露密钥，只提供加解密 API
Database	数据库凭证	动态生成、自动过期
SSH	SSH 证书	签发短期 SSH 证书
AWS/GCP/Azure	云凭证	动态生成云平台凭证

AppRole 认证

import hvac

# 使用 AppRole 认证
client = hvac.Client(url='https://vault.example.com:8200')
client.auth.approle.login(
    role_id='your-role-id',
    secret_id='your-secret-id',
)

# 读取密钥
secret = client.secrets.kv.v2.read_secret_version(
    path='myapp/database',
    mount_point='secret',
)
db_password = secret['data']['data']['password']

# 动态数据库凭证
creds = client.secrets.database.generate_credentials(
    name='my-role',
    mount_point='database',
)
print(f"Username: {creds['data']['username']}")
print(f"Password: {creds['data']['password']}")
print(f"TTL: {creds['lease_duration']}s")  # 自动过期！

# PKI — 签发证书
cert = client.secrets.pki.generate_certificate(
    name='web-server',
    common_name='api.example.com',
    mount_point='pki',
)
print(f"Certificate: {cert['data']['certificate']}")
print(f"Private Key: {cert['data']['private_key']}")

Vault + SPIRE 集成

# SPIRE Server 使用 Vault 作为上游 CA
UpstreamAuthority "vault" {
    plugin_data {
        vault_addr = "https://vault.example.com:8200"
        pki_mount_point = "pki"
        approle_auth_mount_point = "auth/approle"
        approle_id = "spire-role-id"
        approle_secret_id = "spire-secret-id"
    }
}

27.3 Kubernetes Secrets 安全

External Secrets Operator

# 从 Vault 同步密钥到 K8s Secret
apiVersion: external-secrets.io/v1beta1
kind: ExternalSecret
metadata:
  name: db-credentials
spec:
  refreshInterval: 1h
  secretStoreRef:
    name: vault-backend
    kind: SecretStore
  target:
    name: db-credentials
  data:
    - secretKey: username
      remoteRef:
        key: secret/data/myapp/database
        property: username
    - secretKey: password
      remoteRef:
        key: secret/data/myapp/database
        property: password

27.4 密钥轮换

零停机轮换策略

双密钥轮换（Blue-Green）：
┌─────────────────────────────────────────┐
│  阶段 1：添加新密钥                      │
│  活跃密钥：[Key-A]                       │
│  新密钥：  [Key-B]（开始接受）            │
├─────────────────────────────────────────┤
│  阶段 2：切换主密钥                      │
│  活跃密钥：[Key-B]（用于签名/加密）       │
│  旧密钥：  [Key-A]（仍然接受验证）        │
├─────────────────────────────────────────┤
│  阶段 3：移除旧密钥                      │
│  活跃密钥：[Key-B]                       │
│  旧密钥：  [Key-A]（已移除）              │
└─────────────────────────────────────────┘

27.5 密钥泄露检测

# TruffleHog — 扫描 Git 历史中的密钥
trufflehog git https://github.com/org/repo --only-verified

# GitLeaks — 快速扫描
gitleaks detect --source . --verbose

# Pre-commit Hook 防止提交密钥
# .pre-commit-config.yaml
repos:
  - repo: https://github.com/gitleaks/gitleaks
    rev: v8.18.0
    hooks:
      - id: gitleaks

27.6 小结

HashiCorp Vault 是最全面的密钥管理工具，支持动态密钥、PKI、加密即服务
动态密钥（数据库凭证、云凭证）自动过期，大幅降低泄露风险
External Secrets Operator 将 Vault 密钥安全同步到 Kubernetes
密钥轮换 应该自动化，使用双密钥策略实现零停机
Pre-commit Hook + CI 扫描 防止密钥泄露到代码仓库