18.6 容器镜像安全扫描与供应链安全

18.6 容器镜像安全扫描与供应链安全

在 DevOps 流程中，容器镜像安全已经成为不容忽视的关键环节。从开发、构建、存储到部署，镜像的整个生命周期都需要安全防护。本节深入讨论镜像漏洞扫描、软件物料清单（SBOM）、镜像签名验证等供应链安全实践。

18.6.1 容器镜像漏洞扫描工具对比

Trivy - 轻量级通用扫描器

Trivy 是由 Aqua Security 开发的开源漏洞扫描器，以其轻量级、快速、准确而闻名，已成为业界标准。

优点：

• 零依赖，单个二进制文件
• 扫描速度快（秒级）
• 支持镜像、文件系统、Git 仓库多种扫描源
• 数据库每日自动更新
• 支持多种输出格式（JSON、表格、SBOM 等）

安装与基本使用：

curl -sfL https://raw.githubusercontent.com/aquasecurity/trivy/main/contrib/install.sh -o install-trivy.sh
less install-trivy.sh  # 先审阅脚本内容
sudo sh install-trivy.sh -b /usr/local/bin

# 扫描本地镜像
trivy image nginx:latest

# 生成 JSON 格式报告
trivy image -f json -o report.json nginx:latest

# 扫描文件系统
trivy fs /path/to/project

# 扫描 Git 仓库
trivy repo https://github.com/aquasecurity/trivy

在 CI/CD 中集成：

# 设置严重程度过滤
trivy image --severity HIGH,CRITICAL \
  --exit-code 1 \
  myregistry.com/myapp:v1.0.0

Grype - 支持多种软件包的扫描器

Grype 由 Anchore 开发，支持更广泛的软件包管理器和语言。

优点：

• 支持 Java、Python、Go、Ruby、JavaScript 等多种语言的依赖检测
• 与 Syft（SBOM 生成器）配合效果好
• 可自定义漏洞数据库源
• 支持离线扫描模式

安装与使用：

# 安装 Grype
curl -sSfL https://raw.githubusercontent.com/anchore/grype/main/install.sh -o install-grype.sh
less install-grype.sh
sudo sh install-grype.sh -b /usr/local/bin

# 扫描镜像
grype docker:nginx:latest

# 与 Syft 配合生成 SBOM
syft docker:nginx:latest -o json > sbom.json
grype sbom:sbom.json

# 扫描特定目录
grype dir:/path/to/app

Snyk - 完整的安全平台

Snyk 提供了商业级的安全扫描服务，特别适合企业环境。

特点：

• 支持开源漏洞、许可证扫描和修复建议
• 与多个 Git 平台深度集成（GitHub、GitLab、Bitbucket）
• 提供修复建议和自动化修复 PR
• 支持 Kubernetes 部署后安全监控

基本使用：

# 安装 Snyk CLI
npm install -g snyk

# 认证
snyk auth

# 扫描镜像
snyk container test docker-archive://image.tar

# 监控仓库
snyk monitor --docker

此外，Docker 官方提供的 Docker Scout（docker scout CLI）可以直接在 Docker Desktop 或命令行中对镜像进行漏洞扫描和依赖分析，适合日常开发流程中快速检查：

# 扫描本地镜像
$ docker scout cves myapp:latest

# 查看镜像的依赖和漏洞摘要
$ docker scout quickview myapp:latest

工具对比表：

特性	Docker Scout	Trivy	Grype	Snyk
Docker 集成	✓（原生）	需安装	需安装	需安装
零依赖	✗	✓	✗	✗
离线模式	✗	✓	✓	✗
许可证扫描	✓	✓	✓	✓
自动修复建议	✓	✗	✗	✓
开源免费	部分	✓	✓	部分
IDE 集成	✓	✓	✓	✓

18.6.2 SBOM（软件物料清单）生成与管理

SBOM（Software Bill of Materials）是一份详细列表，记录了软件中使用的所有组件、依赖库及其版本信息。SBOM 在供应链安全中至关重要，特别是在发现新的安全漏洞时，能快速定位受影响的应用。

Syft - SBOM 生成工具

Syft 是 Anchore 推出的专业 SBOM 生成工具。

安装：

curl -sSfL https://raw.githubusercontent.com/anchore/syft/main/install.sh -o install-syft.sh
less install-syft.sh
sudo sh install-syft.sh -b /usr/local/bin

生成 SBOM：

# 从镜像生成 SBOM（多种格式）
syft docker:nginx:latest -o json > sbom.json
syft docker:nginx:latest -o spdx > sbom.spdx
syft docker:nginx:latest -o cyclonedx > sbom.xml

# 从本地文件系统生成
syft dir:/path/to/app -o json > sbom.json

# 从 OCI 镜像档案生成
syft oci-archive:image.tar -o json > sbom.json

CycloneDX 与 SPDX 格式

两种主流的 SBOM 格式：

CycloneDX 格式示例：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<bom xmlns="http://cyclonedx.org/schema/bom/1.4" version="1">
  <components>
    <component type="library">
      <name>openssl</name>
      <version>1.1.1k</version>
      <purl>pkg:deb/debian/openssl@1.1.1k-1+deb11u5</purl>
    </component>
    <component type="library">
      <name>curl</name>
      <version>7.74.0-1.3+deb11u1</version>
      <purl>pkg:deb/debian/curl@7.74.0-1.3+deb11u1</purl>
    </component>
  </components>
</bom>

SPDX 格式示例：

{
  "SPDXID": "SPDXRef-DOCUMENT",
  "spdxVersion": "SPDX-2.2",
  "creationInfo": {
    "created": "2024-03-01T12:00:00Z",
    "creators": ["Tool: syft"]
  },
  "packages": [
    {
      "SPDXID": "SPDXRef-Package-openssl",
      "name": "openssl",
      "versionInfo": "1.1.1k",
      "downloadLocation": "NOASSERTION"
    }
  ]
}

SBOM 的应用场景

漏洞关联：

当新的 CVE 被发现时，可快速查询受影响的应用：

# 使用 Grype 针对 SBOM 进行漏洞扫描
grype sbom:sbom.json --add-cpes-if-none

合规性报告：

将 SBOM 保存为构建产物，用于审计和合规性检查。

依赖升级决策：

通过分析 SBOM 中的依赖版本，制定安全升级计划。

18.6.3 镜像签名与验证

镜像签名确保镜像的来源可信且未被篡改。新项目通常优先评估 Cosign (Sigstore) 或 Notary Project 的 Notation；Docker Content Trust / Notary v1 属于历史路径。

Cosign - 现代签名解决方案

Cosign 是 Sigstore 项目的核心工具，支持无密钥签名，适合现代 CI/CD 流程。

安装：

wget https://github.com/sigstore/cosign/releases/latest/download/cosign-linux-amd64
chmod +x cosign-linux-amd64
sudo mv cosign-linux-amd64 /usr/local/bin/cosign

生成密钥对（传统方式）：

cosign generate-key-pair

# 生成 cosign.key 和 cosign.pub

签名镜像：

# 先推送镜像，再使用不可变 digest 签名
IMAGE_DIGEST="myregistry.com/myapp@sha256:<digest>"
cosign sign --key cosign.key "$IMAGE_DIGEST"

# 系统会提示输入私钥密码

验证签名：

# 使用公钥验证
cosign verify --key cosign.pub "$IMAGE_DIGEST"

# 输出结果示例
# Verification successful!
# {
#   "critical": {
#     "identity": {...},
#     "image": {...},
#     "type": "cosign container image signature"
#   },
#   "optional": {...}
# }

Keyless 签名（推荐用于 CI/CD）：

# 在 GitHub Actions 等 CI 中无需存储密钥
cosign sign --yes "$IMAGE_DIGEST"

# 验证时检查签名证书中的 OIDC 身份声明是否匹配预期 workflow 与 issuer
cosign verify "$IMAGE_DIGEST" \
  --certificate-identity https://github.com/myorg/myrepo/.github/workflows/build.yml@refs/heads/main \
  --certificate-oidc-issuer https://token.actions.githubusercontent.com

Notary Project / Notation

Notation 是 Notary Project 的 OCI 签名工具，适合希望采用 CNCF Notary Project 规范、或使用 registry/云厂商原生集成的团队。与 Cosign 类似，生产环境应围绕不可变 digest 做签名和策略校验。

# 签名已推送的镜像 digest
notation sign myregistry.com/myapp@sha256:<digest>

# 验证签名
notation verify myregistry.com/myapp@sha256:<digest>

Docker Content Trust 与 Notary v1

注意：DCT 退役时间线

Docker 已宣布退役 Content Trust，Docker Official Images 的部分 DCT 签名证书自 2025 年 8 月起已陆续过期；根据 Docker 官方退役说明，Notary v1 服务 notary.docker.io 在 2026 年 7 月、8 月安排若干次 brownout（短时停服演练）之后，于 2026 年 12 月 8 日完全关闭。registry 服务商的具体节奏以其自身文档为准，不要把云厂商特定日期直接当作 Docker 全局时间线。

新项目应优先使用上文介绍的 Cosign (Sigstore) 或 registry 原生签名/证明能力；现有 DCT 用户应先盘点依赖、验证替代方案，再制定迁移计划。

Docker Content Trust 使用 Notary v1 实现镜像签名，是 Docker 官方的传统签名解决方案，不建议新项目采用。自 Docker Engine 29.0 起，Docker Content Trust 已从 Docker CLI 中移除：docker trust 子命令不再内置（官方仅保留为可单独构建的插件），DOCKER_CONTENT_TRUST 环境变量不再生效，docker push --disable-content-trust 也仅作为已废弃选项保留、不再有实际作用。下面的示例仅适用于 Docker Engine 28.x 及更早版本。

历史用法示例（不建议新项目采用）：

# 在环境中启用 DCT
export DOCKER_CONTENT_TRUST=1

# 此后所有 docker push/pull 都需要签名
docker push myregistry.com/myapp:v1.0.0

# 如果镜像未签名，操作会被拒绝

# 禁用 DCT（仅用于特定操作）
docker push --disable-content-trust myregistry.com/myapp:v1.0.0

签名密钥管理：

# 首次推送时会提示创建 Delegation Key
# 密钥存储在 ~/.docker/trust/private/root_keys/ 和 ~/.docker/trust/private/tuf_keys/

# 查看 DCT/Notary 信任数据；RepoDigests 只是内容摘要，不等于签名验证
docker trust inspect --pretty myregistry.com/myapp:v1.0.0

18.6.4 供应链安全最佳实践

1. 基础镜像安全

# ❌ 不推荐：使用 latest 标签
FROM ubuntu:latest
RUN apt-get update && apt-get install -y curl

# ✓ 推荐：固定基础镜像版本和摘要
FROM ubuntu:22.04@sha256:a6d2b38300ce017add71440577d5b0a90460d0e6e0e14...（完整 64 位哈希）
RUN apt-get update && apt-get install -y --no-install-recommends curl \
    && rm -rf /var/lib/apt/lists/*

2. 构建时扫描

在 CI/CD 构建阶段集成安全扫描，避免在 Dockerfile 里从分支 URL 下载并执行远程安装脚本：

docker run --rm \
  -v "$PWD:/work" \
  -w /work \
  aquasec/trivy:latest \
  fs . --exit-code 1 --severity HIGH,CRITICAL

3. 运行时镜像扫描策略

# 镜像构建完成后立即扫描
trivy image --severity HIGH,CRITICAL \
  --exit-code 1 \
  --timeout 30m \
  $IMAGE_NAME:$IMAGE_TAG

# 定期扫描已部署的镜像
trivy image --scanners vuln,misconfig registry:5000/myapp:latest

4. 镜像仓库安全配置

Harbor（私有镜像仓库）的安全扫描：

Harbor 的扫描器应在管理界面的 Interrogation Services / Scanner 中配置；推送自动扫描通常在项目级 Configuration 中启用。不要把扫描策略误写成通用 harbor.yml 顶层字段。实际部署时应按所用 Harbor 版本文档配置 scanner、项目策略和漏洞阻断阈值。

5. 政策执行

在 Kubernetes 环境中使用 Admission Webhook 强制镜像签名和扫描：

apiVersion: admissionregistration.k8s.io/v1
kind: ValidatingWebhookConfiguration
metadata:
  name: image-security-policy
webhooks:
- name: image-security.example.com
  clientConfig:
    service:
      name: image-security-webhook
      namespace: security
      path: "/validate"
  rules:
  - operations: ["CREATE", "UPDATE"]
    apiGroups: [""]
    apiVersions: ["v1"]
    resources: ["pods"]
  admissionReviewVersions: ["v1"]
  sideEffects: None

18.6.5 CI/CD 中集成安全扫描

GitHub Actions 工作流示例

name: Build and Scan Image

on:
  push:
    branches: [main, develop]
  pull_request:
    branches: [main]

env:
  REGISTRY: ghcr.io
  IMAGE_NAME: ${{ github.repository }}

jobs:
  build-scan:
    runs-on: ubuntu-latest
    permissions:
      contents: read
      packages: write
      security-events: write
      id-token: write

    # 注意：本示例其余 action 为便于阅读使用了可变标签（@v7 等），这与下面 Trivy 那条
    # 注释里「务必使用不可变 commit SHA」的要求并不一致——真正部署时**每一条 uses 都应
    # 钉死 40 位 commit SHA**，尤其是持有凭据的 docker/login-action 与能推镜像的
    # docker/build-push-action：标签一旦被劫持，攻击者拿到的就是本 job 的
    # packages: write 与 id-token: write 权限，可以推送恶意镜像并为其签名。
    # 本书仓库自己的 .github/workflows/ 即全部按 SHA 钉死，可作为参照。
    steps:
    - name: Checkout code
      uses: actions/checkout@v7

    - name: Set up Docker Buildx
      uses: docker/setup-buildx-action@v4

    - name: Install Cosign
      if: github.event_name == 'push'
      # cosign-installer 没有发布可移动的 v4 大版本标签，只能引用完整版本号；
      # 安装 Cosign v3+ 必须使用 v4 及以后的 installer，v3 系列只能安装 Cosign 2.x。
      uses: sigstore/cosign-installer@v4.1.2

    - name: Login to Registry
      if: github.event_name == 'push'
      uses: docker/login-action@v4
      with:
        registry: ${{ env.REGISTRY }}
        username: ${{ github.actor }}
        password: ${{ secrets.GITHUB_TOKEN }}

    - name: Build and push Docker image
      if: github.event_name == 'push'
      id: build-push
      uses: docker/build-push-action@v7
      with:
        context: .
        push: true
        tags: ${{ env.REGISTRY }}/${{ env.IMAGE_NAME }}:${{ github.sha }}
        provenance: mode=max
        sbom: true

    - name: Build Docker image for pull request scan
      if: github.event_name == 'pull_request'
      uses: docker/build-push-action@v7
      with:
        context: .
        push: false
        load: true
        tags: local/${{ env.IMAGE_NAME }}:pr

    - name: Run Trivy vulnerability scan
      # 安全提醒：2026 年 3 月 19 日 Trivy GitHub Actions 遭受供应链攻击，
      # 76 个版本标签被劫持。务必使用不可变的 commit SHA 引用，而非可变标签。
      # 使用前请到 https://github.com/aquasecurity/trivy-action/releases 核实 SHA 对应正确版本。
      uses: aquasecurity/trivy-action@57a97c7e7821a5776cebc9bb87c984fa69cba8f1 # v0.35.0
      with:
        image-ref: ${{ github.event_name == 'push' && format('{0}/{1}@{2}', env.REGISTRY, env.IMAGE_NAME, steps.build-push.outputs.digest) || format('local/{0}:pr', env.IMAGE_NAME) }}
        format: 'sarif'
        output: 'trivy-results.sarif'
        severity: 'HIGH,CRITICAL'

    - name: Upload Trivy results to GitHub Security tab
      uses: github/codeql-action/upload-sarif@v3
      with:
        sarif_file: 'trivy-results.sarif'

    - name: Generate SBOM
      uses: anchore/sbom-action@v0
      with:
        image: ${{ github.event_name == 'push' && format('{0}/{1}@{2}', env.REGISTRY, env.IMAGE_NAME, steps.build-push.outputs.digest) || format('local/{0}:pr', env.IMAGE_NAME) }}
        format: cyclonedx-json
        output-file: sbom-cyclonedx.json

    - name: Upload SBOM
      uses: actions/upload-artifact@v7
      with:
        name: sbom
        path: sbom-cyclonedx.json

    - name: Sign image with Cosign
      if: github.event_name == 'push'
      run: |
        cosign sign --yes ${{ env.REGISTRY }}/${{ env.IMAGE_NAME }}@${{ steps.build-push.outputs.digest }}

GitLab CI 工作流示例

stages:
  - build
  - scan
  - push
  - sign

variables:
  REGISTRY: registry.gitlab.com
  IMAGE_NAME: $REGISTRY/$CI_PROJECT_PATH

build:
  stage: build
  image: docker:<version>-cli@sha256:<docker-cli-digest>
  services:
    - name: docker:<version>-dind@sha256:<docker-dind-digest>
  script:
    - docker build -t $IMAGE_NAME:$CI_COMMIT_SHA .
    - docker save $IMAGE_NAME:$CI_COMMIT_SHA > image.tar

scan:trivy:
  stage: scan
  image: aquasec/trivy:<version>@sha256:<trivy-digest>
  script:
    - trivy image --severity HIGH,CRITICAL --exit-code 1 docker-archive://image.tar
  allow_failure: false

scan:grype:
  stage: scan
  image: anchore/grype:<version>@sha256:<grype-digest>
  script:
    - grype docker-archive://image.tar

generate:sbom:
  stage: scan
  image: anchore/syft:<version>@sha256:<syft-digest>
  script:
    - syft docker-archive://image.tar -o cyclonedx > sbom.xml
  artifacts:
    reports:
      cyclonedx: sbom.xml

# 如需让 GitLab 安全面板摄取容器扫描结果，应输出 GitLab 兼容的 container_scanning 报告。

push:
  stage: push
  image: docker:<version>-cli@sha256:<docker-cli-digest>
  services:
    - name: docker:<version>-dind@sha256:<docker-dind-digest>
  script:
    - docker load < image.tar
    - echo "$REGISTRY_PASSWORD" | docker login --username "$REGISTRY_USER" --password-stdin "$REGISTRY"
    - docker push $IMAGE_NAME:$CI_COMMIT_SHA
    - DIGEST=$(docker buildx imagetools inspect "$IMAGE_NAME:$CI_COMMIT_SHA" --format '{{.Manifest.Digest}}')
    - echo "$IMAGE_NAME@$DIGEST" > image-digest.txt
  artifacts:
    paths:
      - image-digest.txt
  only:
    - main

sign:
  stage: sign
  image: gcr.io/projectsigstore/cosign:<version>@sha256:<cosign-digest>
  script:
    - cosign sign --key $COSIGN_KEY "$(cat image-digest.txt)"
  only:
    - main

18.6.6 常见问题与最佳实践

Q: 扫描报告中有过时的 CVE，如何处理？

A: 某些 CVE 可能已经被修复但数据库未更新，可以：

• 手动验证安全补丁是否已应用
• 使用工具的忽略列表功能（如 Trivy 的 .trivyignore）
• 定期更新扫描工具和漏洞数据库

Q: 如何平衡镜像大小和安全性？

A:

• 使用多阶段构建减少最终镜像大小
• 使用精简基础镜像（Alpine、Distroless）
• 定期更新依赖而不是一味求小
• 优先安全性，体积次之

Q: 如何管理和轮换签名密钥？

A:

• 在密钥管理系统（如 HashiCorp Vault）中存储密钥
• 定期轮换密钥（建议每 90 天）
• 使用 Keyless 签名消除密钥管理复杂性
• 保留密钥轮换的审计日志