ElasticSearch索引和搜索的安全策略

ElasticSearch 索引和搜索的安全策略

ElasticSearch 安全概述

ElasticSearch 是一个分布式的开源搜索和分析引擎，广泛应用于各种数据搜索和分析场景。随着数据的重要性日益增加，ElasticSearch 的安全策略至关重要。它涉及到保护索引数据不被未授权访问、修改或删除，确保搜索功能仅对合法用户可用。

ElasticSearch 的安全威胁主要包括以下几类：

1. 未授权访问：恶意用户可能尝试直接访问 ElasticSearch 集群的 API 端点，获取敏感数据。例如，通过直接调用搜索 API 绕过应用层的权限控制。
2. 数据篡改：攻击者可能尝试修改索引中的数据，破坏数据的完整性。比如，篡改商品价格等关键信息。
3. 拒绝服务攻击（DoS）：大量的请求可能导致 ElasticSearch 集群资源耗尽，无法正常提供服务。例如，通过发送大量无效的搜索请求占用服务器资源。

身份验证策略

内置身份验证

ElasticSearch 从 5.0 版本开始引入了内置的身份验证机制。这包括使用用户名和密码进行基本身份验证。

1. 启用内置身份验证
   • 首先，需要在 elasticsearch.yml 配置文件中启用 X-Pack 安全模块（X-Pack 包含了身份验证、授权等安全功能）。确保 xpack.security.enabled: true。
   • 然后，使用 elasticsearch-setup-passwords 工具来设置内置用户（如 elastic、kibana 等）的密码。例如，在命令行中执行：

   bin/elasticsearch -setup -passwords interactive
   

   这个命令会提示用户设置各个内置用户的密码。
2. 使用基本身份验证进行 API 调用
   • 以 Python 的 elasticsearch 客户端为例，使用基本身份验证进行连接：

   from elasticsearch import Elasticsearch
   
   es = Elasticsearch(
       ['localhost:9200'],
       http_auth=('elastic', 'your_password'),
       scheme="http",
       port=9200,
   )
   

   • 在 Java 中，使用 RestHighLevelClient 进行基本身份验证连接：

   import org.apache.http.HttpHost;
   import org.apache.http.auth.AuthScope;
   import org.apache.http.auth.UsernamePasswordCredentials;
   import org.apache.http.client.CredentialsProvider;
   import org.apache.http.impl.client.BasicCredentialsProvider;
   import org.elasticsearch.client.RestClient;
   import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
   
   public class ElasticsearchClient {
       public static void main(String[] args) {
           final CredentialsProvider credentialsProvider = new BasicCredentialsProvider();
           credentialsProvider.setCredentials(
                   AuthScope.ANY,
                   new UsernamePasswordCredentials("elastic", "your_password")
           );
   
           RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(
                   RestClient.builder(
                           new HttpHost("localhost", 9200, "http"))
                  .setHttpClientConfigCallback(httpClientBuilder -> httpClientBuilder.setDefaultCredentialsProvider(credentialsProvider))
           );
           // 使用 client 进行操作
           try {
               client.close();
           } catch (IOException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }
   

外部身份验证集成

1. LDAP 集成
   • LDAP（轻量级目录访问协议）是一种常用的企业级身份验证方式。要将 ElasticSearch 与 LDAP 集成，首先需要在 elasticsearch.yml 中配置 LDAP 相关参数。
   • 示例配置如下：

   xpack.security.authc:
     ldap1:
       order: 0
       type: ldap
       realm: ldap1
       url: ldap://your_ldap_server:389
       bind_dn: cn=admin,dc=example,dc=com
       bind_password: your_bind_password
       user_search:
         base_dn: ou=users,dc=example,dc=com
         filter: (uid={0})
       group_search:
         base_dn: ou=groups,dc=example,dc=com
         filter: (member={0})
   

   • 这里 url 是 LDAP 服务器地址，bind_dn 和 bind_password 用于 ElasticSearch 与 LDAP 服务器进行绑定。user_search 和 group_search 分别配置了用户和组的搜索路径和过滤条件。
   • 在客户端进行连接时，用户可以使用 LDAP 中的用户名和密码进行身份验证，ElasticSearch 会将认证请求转发到 LDAP 服务器进行验证。
2. OAuth 2.0 集成
   • OAuth 2.0 是一种广泛使用的授权框架，常用于 Web 应用的身份验证。要集成 OAuth 2.0，需要在 ElasticSearch 中配置 OAuth 2.0 提供方的相关信息。
   • 例如，使用 Okta 作为 OAuth 2.0 提供方，在 elasticsearch.yml 中的配置如下：

   xpack.security.authc:
     oauth2:
       type: oauth2
       order: 0
       realm: oauth2
       client_id: your_client_id
       client_secret: your_client_secret
       token_endpoint: https://your_okta_domain/oauth2/default/v1/token
       userinfo_endpoint: https://your_okta_domain/oauth2/default/v1/userinfo
       jwks_uri: https://your_okta_domain/oauth2/default/v1/keys
       claims:
         username: sub
   

   • 这里 client_id 和 client_secret 是在 Okta 中创建应用时生成的，token_endpoint、userinfo_endpoint 和 jwks_uri 是 Okta 的相关端点。claims 中指定了从 OAuth 2.0 响应中提取用户名的字段。
   • 客户端通过 OAuth 2.0 流程获取令牌后，在与 ElasticSearch 进行交互时，将令牌包含在请求头中，ElasticSearch 会验证令牌的有效性并进行身份验证。

授权策略

基于角色的访问控制（RBAC）

1. 角色定义
   • 在 ElasticSearch 中，可以定义不同的角色来控制用户对索引和搜索功能的访问权限。角色可以通过 ElasticSearch 的 API 进行创建和管理。
   • 使用 PUT _security/role/{role_name} API 来创建角色。例如，创建一个名为 read_only_role 的角色，该角色只允许对特定索引进行只读访问：

   PUT _security/role/read_only_role
   {
       "cluster": [
           "cluster:monitor/nodes/stats"
       ],
       "indices": [
           {
               "names": [
                   "index1",
                   "index2"
               ],
               "privileges": [
                   "read"
               ]
           }
       ]
   }
   

   • 这里 cluster 部分定义了对集群的权限，indices 部分定义了对特定索引的权限。privileges 中的 read 表示只读权限。
2. 角色分配
   • 可以将角色分配给用户。使用 PUT _security/user/{username} API 来分配角色。例如，将 read_only_role 分配给用户 user1：

   PUT _security/user/user1
   {
       "password": "user1_password",
       "roles": [
           "read_only_role"
       ]
   }
   

   • 这样，用户 user1 就只能对 index1 和 index2 进行只读操作。

基于文档级别的访问控制

1. 文档级权限插件
   • 对于一些需要更细粒度权限控制的场景，比如不同用户只能访问自己创建的文档，可以使用 ElasticSearch 的文档级权限插件。例如，Search Guard 插件提供了文档级别的访问控制功能。
   • 首先，需要安装 Search Guard 插件。安装完成后，在配置文件中定义文档级别的权限规则。
   • 假设索引中有一个 user_id 字段来标识文档的所有者，在 sg_security.yml 配置文件中可以定义如下规则：

   searchguard:
     dynamic:
       doclevelroles:
         - name: user_document_access
           description: "Allow users to access their own documents"
           rules:
             - and:
                 - match:
                     field: user_id
                     value: "{{user_name}}"
   

   • 然后，将这个 doclevelroles 角色分配给用户。例如，在 sg_internal_users.yml 中：

   user1:
     hash: $2a$12$xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
     roles:
       - user_document_access
   

   • 这样，用户 user1 就只能访问 user_id 为 user1 的文档。
2. 使用脚本实现文档级权限
   • ElasticSearch 也支持使用脚本实现文档级别的权限控制。例如，通过在搜索请求中使用脚本过滤来实现文档级权限。
   • 假设索引中有一个 created_by 字段，以下是一个使用 Python 的 elasticsearch 客户端进行搜索时，通过脚本过滤只返回当前用户创建的文档的示例：

   from elasticsearch import Elasticsearch
   
   es = Elasticsearch(
       ['localhost:9200'],
       http_auth=('user1', 'user1_password'),
       scheme="http",
       port=9200,
   )
   
   search_body = {
       "query": {
           "script": {
               "script": {
                   "source": "doc['created_by'].value == params.current_user",
                   "params": {
                       "current_user": "user1"
                   }
               }
           }
       }
   }
   
   result = es.search(index='your_index', body=search_body)
   print(result)
   

   • 这里通过脚本判断 created_by 字段的值是否与当前用户相同，从而实现文档级别的权限控制。

数据加密策略

传输层加密

1. SSL/TLS 配置
   • ElasticSearch 支持使用 SSL/TLS 对传输层数据进行加密，以防止数据在网络传输过程中被窃取或篡改。
   • 首先，需要生成 SSL/TLS 证书。可以使用 OpenSSL 工具生成自签名证书：

   openssl req -new -x509 -days 365 -nodes -out elasticsearch.pem -keyout elasticsearch.key -subj "/CN=localhost"
   

   • 然后，在 elasticsearch.yml 中配置 SSL/TLS 相关参数：

   xpack.security.transport.ssl.enabled: true
   xpack.security.transport.ssl.verification_mode: certificate
   xpack.security.transport.ssl.keystore.path: elasticsearch.p12
   xpack.security.transport.ssl.truststore.path: elasticsearch.p12
   

   • 这里 xpack.security.transport.ssl.enabled 启用了传输层 SSL/TLS 加密，verification_mode 设置为 certificate 表示验证对方的证书，keystore.path 和 truststore.path 指向生成的证书文件（这里假设将证书转换为 PKCS12 格式）。
   • 在客户端连接时，也需要配置相应的 SSL/TLS 证书。以 Python 的 elasticsearch 客户端为例：

   from elasticsearch import Elasticsearch
   
   es = Elasticsearch(
       ['localhost:9200'],
       http_auth=('elastic', 'your_password'),
       scheme="https",
       port=9200,
       ssl_show_warn=False,
       ca_certs='path/to/your/certificate'
   )
   

   • 在 Java 中，使用 RestHighLevelClient 配置 SSL/TLS：

   import org.apache.http.HttpHost;
   import org.apache.http.auth.AuthScope;
   import org.apache.http.auth.UsernamePasswordCredentials;
   import org.apache.http.client.CredentialsProvider;
   import org.apache.http.impl.client.BasicCredentialsProvider;
   import org.apache.http.ssl.SSLContexts;
   import org.elasticsearch.client.RestClient;
   import org.elasticsearch.client.RestHighLevelClient;
   
   import javax.net.ssl.SSLContext;
   import java.io.File;
   import java.io.FileInputStream;
   import java.security.KeyStore;
   
   public class ElasticsearchClient {
       public static void main(String[] args) {
           try {
               KeyStore truststore = KeyStore.getInstance("PKCS12");
               File truststoreFile = new File("path/to/your/certificate.p12");
               try (FileInputStream fis = new FileInputStream(truststoreFile)) {
                   truststore.load(fis, "your_password".toCharArray());
               }
               SSLContext sslContext = SSLContexts.custom()
                      .loadTrustMaterial(truststore, null)
                      .build();
   
               final CredentialsProvider credentialsProvider = new BasicCredentialsProvider();
               credentialsProvider.setCredentials(
                       AuthScope.ANY,
                       new UsernamePasswordCredentials("elastic", "your_password")
               );
   
               RestHighLevelClient client = new RestHighLevelClient(
                       RestClient.builder(
                               new HttpHost("localhost", 9200, "https"))
                              .setHttpClientConfigCallback(httpClientBuilder -> httpClientBuilder
                                       .setDefaultCredentialsProvider(credentialsProvider)
                                       .setSSLContext(sslContext))
               );
               // 使用 client 进行操作
               try {
                   client.close();
               } catch (IOException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           } catch (Exception e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   }
   

存储层加密

1. 磁盘加密
   • ElasticSearch 支持对存储在磁盘上的数据进行加密，以防止数据在物理存储设备丢失或被盗时被轻易获取。
   • 从 ElasticSearch 7.1 版本开始，引入了基于磁盘的加密功能。可以通过设置 xpack.security.storage.encryption.keystore.seed 来启用存储层加密。
   • 首先，生成一个加密种子：

   bin/elasticsearch -keystore generate -seed
   

   • 然后，将生成的种子添加到 elasticsearch.keystore 中：

   bin/elasticsearch -keystore add xpack.security.storage.encryption.keystore.seed
   

   • 重启 ElasticSearch 集群后，数据在写入磁盘时会自动进行加密。需要注意的是，存储层加密需要在集群初始化时进行配置，一旦数据已经写入磁盘，再启用存储层加密可能需要重新索引数据。

网络安全策略

防火墙配置

1. 限制 ElasticSearch 端口访问
   • ElasticSearch 默认使用 9200 端口进行 HTTP 通信，9300 端口进行节点间通信。在服务器上配置防火墙，只允许授权的 IP 地址访问这些端口。
   • 以 Linux 的 iptables 为例，允许本地访问和特定远程 IP 地址访问 ElasticSearch 的 HTTP 端口（9200）：

   iptables -A INPUT -i lo -p tcp --dport 9200 -j ACCEPT
   iptables -A INPUT -p tcp -s your_allowed_ip -m tcp --dport 9200 -j ACCEPT
   iptables -A INPUT -p tcp --dport 9200 -j DROP
   

   • 这里 -A INPUT 表示在输入链中添加规则，-i lo 表示本地接口，-s your_allowed_ip 表示允许的远程 IP 地址，-j ACCEPT 表示接受连接，-j DROP 表示拒绝其他连接。
2. 隔离 ElasticSearch 集群
   • 可以将 ElasticSearch 集群部署在独立的子网中，通过防火墙与其他网络进行隔离。这样可以减少外部攻击面，提高安全性。例如，使用虚拟专用网络（VPN）或软件定义网络（SDN）技术来创建独立的网络区域。在这个独立子网中，只允许特定的服务器（如应用服务器）与 ElasticSearch 集群进行通信。

安全代理设置

1. 使用反向代理
   • 可以在 ElasticSearch 前端部署反向代理服务器，如 Nginx 或 Apache。反向代理可以起到隐藏 ElasticSearch 真实 IP 地址、缓存请求、进行访问控制等作用。
   • 以下是一个 Nginx 作为反向代理配置的示例：

   server {
       listen 80;
       server_name your_domain.com;
   
       location / {
           proxy_pass http://localhost:9200;
           proxy_set_header Host $host;
           proxy_set_header X - Real - IP $remote_addr;
           proxy_set_header X - Forwarded - For $proxy_add_x_forwarded_for;
           proxy_set_header X - Forwarded - Proto $scheme;
       }
   }
   

   • 这里 proxy_pass 将请求转发到本地的 ElasticSearch 服务器（假设 ElasticSearch 运行在 localhost:9200），同时设置了一些请求头信息。可以在 Nginx 中进一步配置身份验证、访问控制等功能，例如使用 auth_basic 进行基本身份验证。
2. 负载均衡与安全
   • 在高可用部署中，通常会使用负载均衡器来分配请求到多个 ElasticSearch 节点。除了实现负载均衡功能外，负载均衡器也可以增强安全性。例如，一些负载均衡器支持 SSL/TLS 卸载，即在负载均衡器上终止 SSL/TLS 连接，然后以明文形式将请求转发到 ElasticSearch 节点。这样可以减少 ElasticSearch 节点的负载，同时也可以在负载均衡器上进行更集中的证书管理。另外，负载均衡器可以设置请求速率限制等功能，防止恶意的高流量攻击。

安全监控与审计

安全日志记录

1. ElasticSearch 日志配置
   • ElasticSearch 本身提供了详细的日志记录功能，包括身份验证、授权等安全相关的操作日志。可以通过配置 logging.yml 文件来调整日志级别和输出路径。
   • 例如，要启用详细的安全日志记录，在 logging.yml 中设置：

   logger.org.elasticsearch.xpack.security: DEBUG
   

   • 这样，ElasticSearch 会记录更详细的安全相关操作，如身份验证尝试、授权决策等。日志文件默认存储在 logs 目录下，可以通过 path.logs 在 elasticsearch.yml 中进行自定义。
2. 日志分析
   • 可以使用 ElasticSearch 自身或其他日志分析工具（如 Kibana、Logstash 等）对安全日志进行分析。例如，在 Kibana 中，可以创建可视化图表来展示身份验证失败次数、特定用户的操作频率等信息。通过分析这些日志，可以及时发现潜在的安全威胁，如暴力破解密码尝试等。

审计 API

1. 审计日志记录
   • ElasticSearch 提供了审计 API，可以记录所有对集群的操作，包括索引创建、删除、搜索等。通过启用审计功能，在 elasticsearch.yml 中配置：

   xpack.security.audit.enabled: true
   xpack.security.audit.destination: internal_elasticsearch
   

   • 这里 xpack.security.audit.enabled 启用了审计功能，destination 设置为 internal_elasticsearch 表示将审计日志记录到 ElasticSearch 自身的索引中。也可以将审计日志发送到外部系统，如 Kafka 等。
2. 查询审计日志
   • 可以使用 ElasticSearch 的搜索 API 来查询审计日志。例如，要查询所有用户的搜索操作记录，可以执行以下搜索请求：

   GET _xpack/audit/_search
   {
       "query": {
           "match": {
               "event.type": "search"
           }
       }
   }
   

   • 这样可以获取所有搜索操作的审计日志记录，包括执行搜索的用户、搜索的索引、搜索条件等信息。通过分析这些审计日志，可以对用户的操作进行追溯和安全审计。

通过综合实施以上 ElasticSearch 索引和搜索的安全策略，可以有效地保护 ElasticSearch 集群的数据安全和功能可用性，降低安全风险。在实际应用中，需要根据具体的业务需求和安全要求进行灵活配置和调整。