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Docker 中的内容信任

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在网络系统之间传输数据时，信任是一个核心问题。特别是在通过不可信介质（如互联网）进行通信时，确保系统操作的所有数据的完整性和发布者至关重要。您可以使用 Docker 引擎将镜像（数据）推送到或拉取自公共或私有注册表。内容信任使您能够验证通过任何渠道从注册表接收的所有数据的完整性和发布者。

关于 Docker 内容信任 (DCT)

Docker 内容信任（DCT）提供了对发送到远程 Docker 注册表和从远程 Docker 注册表接收的数据使用数字签名的能力。这些签名允许客户端或运行时验证特定镜像标签的完整性和发布者。

通过 DCT，镜像发布者可以对其镜像进行签名，而镜像使用者可以确保他们拉取的镜像已经过签名。发布者可以是个人或组织，手动对其内容进行签名，也可以是自动化软件供应链，在发布过程中对内容进行签名。

镜像标签和 DCT

单个镜像记录具有以下标识符：

[REGISTRY_HOST[:REGISTRY_PORT]/]REPOSITORY[:TAG]

一个特定的镜像 REPOSITORY 可以有多个标签。例如，latest 和 3.1.2 都是 mongo 镜像的标签。镜像发布者可以多次构建镜像和标签组合，并在每次构建时更改镜像。

DCT 与镜像的 TAG 部分相关联。每个镜像仓库都有一组密钥，镜像发布者使用这些密钥对镜像标签进行签名。镜像发布者可以自行决定对哪些标签进行签名。

一个镜像仓库可以包含一个带有签名的标签和另一个不带签名的标签。例如，考虑 Mongo 镜像仓库。latest 标签可能未签名，而 3.1.6 标签可能已签名。镜像发布者负责决定镜像标签是否签名。在这种表示中，一些镜像标签已签名，其他则未签名：

Signed tags

发布者可以选择签署特定标签或不签署。因此，未签署标签的内容与同名已签署标签的内容可能不匹配。 例如，发布者可以推送一个带标签的镜像 someimage:latest 并签署它。 随后，同一发布者可以推送一个未签署的 someimage:latest 镜像。第二次推送会替换最后一个未签署的标签 latest，但不会影响已签署的 latest 版本。 选择可以签署哪些标签的能力，允许发布者在正式签署镜像之前迭代其未签署版本。

镜像使用者可以启用 DCT（内容信任）以确保他们使用的镜像已签名。如果使用者启用了 DCT，他们只能拉取、运行或使用受信任的镜像进行构建。启用 DCT 就像为您的注册表应用一个“过滤器”。使用者只能“看到”已签名的镜像标签，而那些不太理想的未签名镜像标签对他们来说是“不可见”的。

Trust view

对于尚未启用 DCT 的消费者来说，他们使用 Docker 镜像的方式没有任何变化。无论镜像是否已签名，所有镜像都是可见的。

Docker 内容信任密钥

通过使用签名密钥来管理镜像标签的信任。当首次调用使用 DCT 的操作时，会创建一个密钥集。密钥集包含以下类别的密钥：

  • 一个离线密钥，它是镜像标签 DCT 的根
  • 用于签署标签的仓库或标签密钥
  • 服务器管理的密钥，例如时间戳密钥，为您的仓库提供新鲜度安全保证

下图展示了各种签名密钥及其关系：

Content Trust components

警告

根密钥一旦丢失，将无法恢复。如果您丢失了任何其他密钥，请发送电子邮件至 Docker Hub 支持。此丢失还需要每个此前使用此仓库中已签名标签的消费者进行手动干预。

您应该将根密钥备份在安全的地方。由于仅在创建新仓库时需要它，因此将其离线存储在硬件中是一个好主意。有关保护和备份密钥的详细信息，请务必阅读如何 管理DCT的密钥。

使用 Docker 内容信任签名镜像

在 Docker CLI 中，我们可以使用 $ docker trust 命令语法对容器镜像进行签名和推送。这是基于 Notary 功能集构建的。欲了解更多信息，请参阅 Notary GitHub 仓库。

签署镜像的前提条件是拥有一个附加了 Notary 服务器的 Docker 注册表（例如 Docker Hub）。关于搭建自托管环境的说明可以在 这里 找到。

要对 Docker 镜像进行签名，您需要一个委托密钥对。这些密钥可以使用 $ docker trust key generate 在本地生成，也可以由证书颁发机构生成。

首先，我们将把委托私钥添加到本地 Docker 信任仓库中。（默认情况下，这存储在 ~/.docker/trust/ 中）。如果您正在使用 $ docker trust key generate 生成委托密钥，则私钥会自动添加到本地信任存储中。如果您正在导入单独的密钥，则需要使用 $ docker trust key load 命令。

$ docker trust key generate jeff
Generating key for jeff...
Enter passphrase for new jeff key with ID 9deed25:
Repeat passphrase for new jeff key with ID 9deed25:
Successfully generated and loaded private key. Corresponding public key available: /home/ubuntu/Documents/mytrustdir/jeff.pub

或者如果您已有密钥：

$ docker trust key load key.pem --name jeff
Loading key from "key.pem"...
Enter passphrase for new jeff key with ID 8ae710e:
Repeat passphrase for new jeff key with ID 8ae710e:
Successfully imported key from key.pem

接下来我们需要将委派公钥添加到 Notary 服务器； 这对于 Notary 中称为全局唯一名称（GUN）的特定镜像仓库是特定的。如果您是第一次向该仓库添加委派， 此命令还将使用本地 Notary 规范根密钥初始化该仓库。要了解有关初始化仓库的更多信息， 以及委派的作用，请前往 内容信任委派。

$ docker trust signer add --key cert.pem jeff registry.example.com/admin/demo
Adding signer "jeff" to registry.example.com/admin/demo...
Enter passphrase for new repository key with ID 10b5e94:

最后，我们将使用委托私钥对特定标签进行签名，并将其推送到注册表。

$ docker trust sign registry.example.com/admin/demo:1
Signing and pushing trust data for local image registry.example.com/admin/demo:1, may overwrite remote trust data
The push refers to repository [registry.example.com/admin/demo]
7bff100f35cb: Pushed
1: digest: sha256:3d2e482b82608d153a374df3357c0291589a61cc194ec4a9ca2381073a17f58e size: 528
Signing and pushing trust metadata
Enter passphrase for signer key with ID 8ae710e:
Successfully signed registry.example.com/admin/demo:1

或者，一旦密钥已导入，可以通过导出 DCT 环境变量，使用 $ docker push 命令推送镜像。

$ export DOCKER_CONTENT_TRUST=1

$ docker push registry.example.com/admin/demo:1
The push refers to repository [registry.example.com/admin/demo:1]
7bff100f35cb: Pushed
1: digest: sha256:3d2e482b82608d153a374df3357c0291589a61cc194ec4a9ca2381073a17f58e size: 528
Signing and pushing trust metadata
Enter passphrase for signer key with ID 8ae710e:
Successfully signed registry.example.com/admin/demo:1

可以通过 $ docker trust inspect 命令查看标签或仓库的远程信任数据：

$ docker trust inspect --pretty registry.example.com/admin/demo:1

Signatures for registry.example.com/admin/demo:1

SIGNED TAG          DIGEST                                                             SIGNERS
1                   3d2e482b82608d153a374df3357c0291589a61cc194ec4a9ca2381073a17f58e   jeff

List of signers and their keys for registry.example.com/admin/demo:1

SIGNER              KEYS
jeff                8ae710e3ba82

Administrative keys for registry.example.com/admin/demo:1

  Repository Key:	10b5e94c916a0977471cc08fa56c1a5679819b2005ba6a257aa78ce76d3a1e27
  Root Key:	84ca6e4416416d78c4597e754f38517bea95ab427e5f95871f90d460573071fc

可以通过 $ docker trust revoke 命令删除标签的远程信任数据：

$ docker trust revoke registry.example.com/admin/demo:1
Enter passphrase for signer key with ID 8ae710e:
Successfully deleted signature for registry.example.com/admin/demo:1

使用 Docker Content Trust 进行客户端执行

Docker 客户端默认禁用内容信任。要启用它，请将 DOCKER_CONTENT_TRUST 环境变量设置为 1。这可以防止用户使用带有标签的镜像，除非它们包含签名。

当在 Docker 客户端中启用 DCT 时，操作带有标签的镜像的 docker CLI 命令必须具有内容签名或显式的内容哈希。 与 DCT 一起操作的命令有：

  • push
  • build
  • create
  • pull
  • run

例如，启用 DCT 后，docker pull someimage:latest 只有在 someimage:latest 已签名时才会成功。但是，只要哈希存在，带有显式内容哈希的操作始终会成功：

$ docker pull registry.example.com/user/image:1
Error: remote trust data does not exist for registry.example.com/user/image: registry.example.com does not have trust data for registry.example.com/user/image

$ docker pull registry.example.com/user/image@sha256:d149ab53f8718e987c3a3024bb8aa0e2caadf6c0328f1d9d850b2a2a67f2819a
sha256:ee7491c9c31db1ffb7673d91e9fac5d6354a89d0e97408567e09df069a1687c1: Pulling from user/image
ff3a5c916c92: Pull complete
a59a168caba3: Pull complete
Digest: sha256:ee7491c9c31db1ffb7673d91e9fac5d6354a89d0e97408567e09df069a1687c1
Status: Downloaded newer image for registry.example.com/user/image@sha256:ee7491c9c31db1ffb7673d91e9fac5d6354a89d0e97408567e09df069a1687c1