CloudNative-PG项目中的容器镜像签名实践

在云原生数据库领域，安全始终是核心关注点。CloudNative-PG作为PostgreSQL的Kubernetes原生解决方案，近期完成了对其Operator容器镜像的签名机制升级，这是继软件包GPG签名后的又一重要安全增强。

容器镜像签名的必要性

容器镜像作为云原生应用的交付载体，其完整性验证至关重要。传统的软件包签名（如GPG）仅能保障下载阶段的文件完整性，而容器镜像在构建、推送和拉取的全生命周期中，可能面临中间人攻击或仓库篡改风险。数字签名通过密码学手段，为镜像提供了不可抵赖的身份认证和内容防篡改保护。

技术方案选型

项目团队选择了Cosign作为签名工具，这是CNCF孵化的标准化签名方案。相较于传统方案，Cosign具有三大优势：

1. 与OCI标准深度集成，签名信息直接存储在镜像仓库
2. 支持基于密钥或符合Sigstore规范的透明日志
3. 与Kubernetes生态工具链天然兼容

实现架构解析

签名流程被集成到CI/CD管道中，包含三个关键阶段：

1. 构建时签名：在镜像构建完成后立即使用开发团队私钥签名
2. 发布时二次签名：正式版本发布时使用项目官方证书重签名
3. 运行时验证：集群中的准入控制器自动校验镜像签名

安全模型设计

项目采用双密钥体系：

• 短期密钥用于日常开发构建，存储在HashiCorp Vault中
• 主密钥用于正式发布，采用硬件安全模块(HSM)保护

签名策略要求：

• 所有发布版本必须附带符合SLSA L3要求的构建证明
• 测试镜像允许使用自签名证书
• 生产环境只接受由项目官方证书签名的镜像

对用户的影响

对于终端用户，主要变化体现在：

1. 新增的镜像验证准入控制器需要额外配置
2. 集群初始化时需导入项目公钥证书
3. 所有镜像拉取操作会自动执行签名验证

运维人员可以通过以下命令手动验证镜像：

cosign verify --key release-key.pub registry/image:v1.0

未来演进方向

团队计划在后续版本中：

1. 实现Sigstore的完整集成，包括Fulcio证书颁发和Rekor透明日志
2. 添加SBOM（软件物料清单）签名支持
3. 开发针对Air Gap环境的离线验证方案

这项改进使得CloudNative-PG在软件供应链安全方面达到CNCF项目的先进水平，为生产环境部署提供了更强的安全保障基础。