基于 SASL/SCRAM 让 Kafka 实现动态授权认证

一、说明

在大数据处理和分析中 Apache Kafka 已经成为了一个核心组件。然而在生产环境中部署 Kafka 时，安全性是一个必须要考虑的重要因素。SASL（简单认证与安全层）和 SCRAM（基于密码的认证机制的盐化挑战响应认证机制）提供了一种方法来增强 Kafka 集群的安全性。

本文将从零开始部署 ZooKeeper 和 Kafka 并通过配置 SASL/SCRAM 和 ACL（访问控制列表）来增强 Kafka 的安全性。

二、Kafka 的安全机制

kafka 社区在 0.9.0.0 版本正式添加了安全特性，可以满足各种安全性的要求，包括：

Kafka 与 ZooKeeper 之间的安全通信；
Kafka 集群 ZooKeeper 之间的安全通信；
客户端与服务端之间的安全通信；
消息级别的权限控制，可以控制客户端（生产者或消费者）的读写操作权限。

认证方式	引入版本	适用场景
SSL	0.9.0	SSL做信道加密比较多，SSL认证不如SASL所以一般都会使用SSL来做通信加密。
SASL/GSSAPI	0.9.9	主要是给 Kerberos 使用的。如果你的公司已经做了 Kerberos 认证（比如使用 Active Directory），那么使用 GSSAPI 是最方便的了。因为你不需要额外地搭建 Kerberos，只要让你们的 Kerberos 管理员给每个 Broker 和要访问 Kafka 集群的操作系统用户申请 principal 就好了。
SASL/PLAIN	0.10.2	简单的用户名密码认证，通常与SSL结合使用，对于小公司来说，没必要搭建公司级别的Kerberos，使用它就比较合适。
SASL/SCRAM	0.10.2	PLAIN的加强版本，支持动态的用户增减。
Deleation Token	1.1	Delegation Token 是在 1.1 版本引入的，它是一种轻量级的认证机制，主要目的是补充现有的 SASL 或 SSL 认证。如果要使用 Delegation Token，你需要先配置好 SASL 认证，然后再利用 Kafka 提供的 API 去获取对应的 Delegation Token。这样 Broker 和客户端在做认证的时候，可以直接使用这个 token，不用每次都去 KDC 获取对应的 ticket（Kerberos 认证）或传输 Keystore 文件（SSL 认证）。
SASL/OAUTHBEARER	2.0	OAuth 2框架的集成。

三、环境和软件准备

从 Apache Kafka 官网下载对应版本的 Kafka 并解压到你选择的目录。

确保已经安装 Java 才能运行 Kafka，可以通过运行 java -version 来检查 Java 环境。

四、部署 Zookeeper

使用 Kafka 内置的 Zookeeper

4.1. 启用 SASL 认证

进入 config 目录，修改 zookeeper.properties 配置文件增加以下内容：

authProvider.1=org.apache.zookeeper.server.auth.SASLAuthenticationProvider

jaasLoginRenew=3600000

requireClientAuthScheme=sasl

zookeeper.sasl.client=true

4.2. 配置 JAAS

在 config 目录下创建 zk_jaas.conf 文件，内容如下：

Server {

    org.apache.zookeeper.server.auth.DigestLoginModule required

    username="admin"

    password="admin"

    user_admin="admin"

    user_zkclient="zkclient";

};

其作用是创建了一个 Server 节点，其中

org.apache.zookeeper.server.auth.DigestLoginModule required 是认证逻辑的处理类；
username、password 是zookeeper之间通讯的用户名和密码；
user_admin="admin" 的结构是 user_[username]=[password] 定义 kafka-broker（zookeeper客户端）连接到 zookeeper 时用的用户名和密码。

注意：Server 内部最后一行的 ; 和 } 后的 ; 不能缺少！

4.3. 修改启动文件

进入 bin 目录，修改 zookeeper-server-start.sh 文件；

在 export KAFKA_HEAP_OPTS= 配置项的参数后添加 JAAS 的配置：

export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx512M -Xms512M -Djava.security.auth.login.config=../config/zk_jaas.conf"

4.4. 启动 Zookeeper

执行命令：./zookeeper-server-start.sh -daemon ../config/zookeeper.properties

-daemon 参数配置后台运行

4.5. 测试

可以从官网 Apache ZooKeeper 下载对应版本的 ZooKeeper 并解压；

添加 JAAS 配置，在 confi 目录下创建 zk_client_jaas.conf 文件：

Client{

    org.apache.zookeeper.server.auth.DigestLoginModule required

    username="zkclient"

    password="zkclient";

};

修改 bin 目录下的 zkCli.sh 文件，在启动命令中增加 JAAS 的配置：

"$JAVA" "-Dzookeeper.log.dir=${ZOO_LOG_DIR}" "-Dzookeeper.root.logger=${ZOO_LOG4J_PROP}" "-Dzookeeper.log.file=${ZOO_LOG_FILE}" \

     -cp "$CLASSPATH" $CLIENT_JVMFLAGS $JVMFLAGS \

     "-Djava.security.auth.login.config=../conf/zk_client_jaas.conf" \

     org.apache.zookeeper.ZooKeeperMain "$@"

执行 zkCli.sh 连接本机已经启动好的 ZooKeeper

进入 Kafka 的 log 目录，查看内置 zk 的日志 zookeeper.out 显示以下内容：

INFO adding SASL authorization for authorizationID: zkclient (org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServer)

代表 ZooKeeper 的 SASL 认证已经配置成功。

五、部署 Kafka

5.1. 配置 Kafka Broker

进入 config 目录，修改 server.properties 配置文件增加以下内容：

listeners=SASL_PLAINTEXT://:9092

advertised.listeners=SASL_PLAINTEXT://localhost:9092

security.inter.broker.protocol=SASL_PLAINTEXT

sasl.mechanism.inter.broker.protocol=SCRAM-SHA-256

sasl.enabled.mechanisms=SCRAM-SHA-256

authorizer.class.name=kafka.security.authorizer.AclAuthorizer

allow.everyone.if.no.acl.found=false

super.users=User:admin

authorizer.class.name 开启 ACL 授权机制并指定实现类；
allow.everyone.if.no.acl.found 如果没有找到ACL（访问控制列表）配置，是否允许任何操作；这里设置为 false 指除了超级管理员，其他用户必须配置 ACL 才能访问资源；
super.users 超级管理员，无需配置 ACL 拥有所有权限的用户。

5.2. 配置 JAAS

在 config 目录下创建 kafka_server_jaas.conf 文件，内容如下：

KafkaServer {

    org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required

    username="admin"

    password="admin";

};

Client{

    org.apache.kafka.common.security.plain.PlainLoginModule required

    username="zkclient"

    password="zkclient";

};

KafkaServer 中的 username，password 用于 Kafka 集群 Broker 节点之间通信用的账号密码；
KafkaServer 中的 user_test="test" 用于 Kafka 客户端（producer，consumer）连接broker时，用该配置下user_[username]=[password]结构配置的账号密码登录；
Client 用于 broker 和 zookeeper 之间的认证，对应 zk_jaas.conf 中的【user_zkclient="zkclient"】配置；
user_admin="admin" 的结构是 user_[username]=[password] 定义 kafka-broker（zookeeper客户端）连接到 zookeeper 时用的用户名和密码。

5.3. 修改启动文件

进入 bin 目录，修改 kafka-server-start.sh 文件；

在 export KAFKA_HEAP_OPTS= 配置项的参数后添加 JAAS 的配置：

export KAFKA_HEAP_OPTS="-Xmx1G -Xms1G -Djava.security.auth.login.config=../config/kafka_server_jaas.conf"

5.4. 创建 SCRAM 用户

在启动 Kafka 之前需要先创建好用户，在 bin 目录下执行以下内容：

分别创建 admin(超级管理员) 和 test(客户端用户)

./kafka-configs.sh --zookeeper localhost:2181 --alter --add-config 'SCRAM-SHA-256=[password=admin]' --entity-type users --entity-name admin

./kafka-configs.sh --zookeeper localhost:2181 --alter --add-config 'SCRAM-SHA-256=[password=test]' --entity-type users --entity-name test

SASL/SCRAM 认证的用户信息是动态创建存储在 ZooKeeper 中，由于上面的配置 kafka_server_jaas.conf 中 Broker 之间的通信是通过 admin 用户的，如果该用户不存在会 启动报错。

5.5. 启动 Kafka

执行命令：./kafka-server-start.sh -daemon ../config/server.properties

-daemon 参数配置后台运行

六、验证 SASL/SCRAM 鉴权

6.1. 客户端认证配置

6.1.1. 管理员配置

进入 config 目录创建 cmd.properties 内容如下：

security.protocol=SASL_PLAINTEXT

sasl.mechanism=SCRAM-SHA-256

sasl.jaas.config=org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="admin" password="admin";

配置认证的类型以及登录逻辑的处理类和用户，使用超级管理员 admin

注意最后的 ; 是必须加上的。

6.1.2. 生产者配置

修改 config 目录下的 producer.properties 增加以下内容：

security.protocol=SASL_PLAINTEXT

sasl.mechanism=SCRAM-SHA-256

sasl.jaas.config=org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="admin" password="admin";

生产者也使用超级管理员 admin 来发送消息。

6.1.3. 消费者配置

修改 config 目录下的 consumer.properties 增加以下内容：

security.protocol=SASL_PLAINTEXT

sasl.mechanism=SCRAM-SHA-256

sasl.jaas.config=org.apache.kafka.common.security.scram.ScramLoginModule required username="test" password="test";

消费者使用 test 用户来接收消息。

6.2. 创建topic

在 bin 目录下执行以下命令：

./kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --create --topic test --partitions 1 --replication-factor 1 --command-config ../config/cmd.properties

bootstrap-server 配置 Kafka 服务端的地址
topic 指定topic名称
command-config 指定命令的认证配置，这里使用上面创建的 管理员配置

创建成功后可以通过以下命令查看存在的 topic 清单：

./kafka-topics.sh --bootstrap-server localhost:9092 --list --command-config ../config/cmd.properties

6.3. 创建消费者

6.3.1. 执行 kafka-console-consumer

在 bin 目录下执行以下命令：

./kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test --consumer.config ../config/consumer.properties

执行命令后会发现以下报错信息：

ERROR Error processing message, terminating consumer process:  (kafka.tools.ConsoleConsumer$)

org.apache.kafka.common.errors.SaslAuthenticationException: Authentication failed during authentication due to invalid credentials with SASL mechanism SCRAM-SHA-256

Processed a total of 0 messages

Authentication failed 认证失败，由于消费者的认证使用的是 test 用户，而该用户还未配置任何 ACL 权限。

6.3.2. 配置用户 ACL 权限

Kafka 的 ACL (Access Control Lists) 允许你定义哪些用户可以访问哪些主题，并且可以执行哪些操作（如读、写、创建、删除等）。

执行以下命令：

./kafka-acls.sh --authorizer-properties zookeeper.connect=localhost:2181 --add --allow-principal User:test --operation Read --topic test --group test-consumer-group

为 test 用户在资源 topic[test] 下分配只读权限

执行成功，可以通过以下命令查看资源所分配的所有 ACL 清单：

./kafka-acls.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test --list --command-config ../config/cmd.properties

重新创建消费者：

./kafka-console-consumer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test --consumer.config ../config/consumer.properties

执行成功后该 shell 窗口会一直阻塞等待消息。

6.4. 创建生产者

新开一个 shell 窗口 在 bin 目录下执行以下命令：

./kafka-console-producer.sh --bootstrap-server localhost:9092 --topic test --producer.config ../config/producer.properties

由于生产者的认证使用的是 admin 为 超级管理员 所以无需配置 ACL 权限。

执行成功后会出现 > 符号，输入内容之后，切换到 消费者 窗口就可以看到了。