Kubernetes의 보안 강화: eBPF 및 gVisor를 활용한 애플리케이션 보호

1. 개요

Kubernetes 환경에서는 컨테이너가 실행되는 노드와 네트워크에서 다양한 보안 위협이 발생할 수 있다. 기존에는 네트워크 정책(NetworkPolicy)과 RBAC(Role-Based Access Control) 등을 활용하여 보안을 강화했지만, 최근에는 커널 수준에서 보안을 강화하는 eBPF와 샌드박스 실행 환경을 제공하는 gVisor 같은 기술이 주목받고 있다.

이 글에서는 eBPF와 gVisor의 개념, 동작 방식, Kubernetes 환경에서의 활용 방법을 살펴본다.

2. eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)란?

2.1 eBPF 개요

eBPF(Extended Berkeley Packet Filter)는 리눅스 커널 내부에서 네트워크, 보안, 성능 분석을 위한 프로그램을 실행할 수 있도록 지원하는 기술이다.
이전에는 커널 모듈을 직접 수정해야 했던 작업을, 커널을 변경하지 않고도 수행할 수 있도록 해준다.

2.2 eBPF의 주요 기능

네트워크 필터링 및 모니터링: 특정 패킷을 검사하고 필터링하여 네트워크 보안을 강화
실행 시간 분석 및 성능 튜닝: 시스템 콜(system call) 추적 및 성능 최적화
보안 정책 적용: 실행 중인 프로세스를 검사하여 악성 동작 탐지 및 차단

2.3 Kubernetes에서 eBPF 활용

Kubernetes에서는 eBPF를 활용하여 네트워크 보안, 프로세스 모니터링, 런타임 보안 정책 적용을 수행할 수 있다. 대표적인 eBPF 기반 도구는 다음과 같다.

✅ Cilium

eBPF를 활용한 네트워크 보안 및 마이크로서비스 간 통신 제어
Kubernetes CNI 플러그인으로 사용 가능
L3~L7 계층에서 세밀한 정책 적용 가능

✅ Falco

eBPF를 이용하여 컨테이너의 런타임 동작을 모니터링
비정상적인 프로세스 실행, 파일 액세스 등을 감지

✅ Tracee

실행 중인 컨테이너의 보안 이벤트를 감지하는 eBPF 기반 보안 도구
악성 코드 실행 탐지 가능

2.4 eBPF 기반 보안 정책 예시 (Cilium 활용)

apiVersion: cilium.io/v2
kind: CiliumNetworkPolicy
metadata:
  name: deny-egress-except-dns
spec:
  endpointSelector: {}
  egress:
    - toEndpoints:
        - matchLabels:
            "k8s-app": "kube-dns"
    - toPorts:
        - ports:
            - port: "53"
              protocol: UDP

위 정책은 DNS 트래픽(53번 포트)만 허용하고, 나머지 모든 egress(출발) 트래픽을 차단하는 설정이다.

3. gVisor란?

3.1 gVisor 개요

gVisor는 Google이 개발한 샌드박스 기반 컨테이너 런타임으로, 컨테이너를 가상화하여 호스트 커널과의 직접적인 상호작용을 최소화한다.
일반적인 컨테이너 런타임(Docker, containerd)은 호스트 커널을 공유하지만, gVisor는 자체 사용자 공간 커널(User-Space Kernel)을 사용하여 격리된 실행 환경을 제공한다.

3.2 gVisor의 주요 특징

샌드박스 환경 제공: 컨테이너가 호스트 커널을 직접 호출하지 못하도록 차단
향상된 보안: 공격자가 컨테이너를 탈출(escape)하여 호스트를 침해하는 것을 방지
OCI(Open Container Initiative) 표준 호환: 기존 컨테이너 런타임(Docker, containerd)과 호환

3.3 Kubernetes에서 gVisor 활용

gVisor는 Kubernetes의 런타임 클래스를 활용하여 특정 Pod에만 적용할 수 있다.
아래 예제는 gVisor를 사용하는 Pod의 설정 예시이다.

✅ gVisor가 활성화된 Pod 실행 예시

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: sandboxed-pod
  labels:
    sandbox: gvisor
spec:
  runtimeClassName: gvisor
  containers:
  - name: nginx
    image: nginx

위 설정을 적용하면 해당 Pod은 gVisor 샌드박스 환경에서 실행된다.

3.4 gVisor를 활용한 보안 강화

멀티 테넌트 환경에서 강력한 격리 제공: 같은 Kubernetes 클러스터에서 여러 고객이 사용할 경우, 보안 사고 방지
호스트 커널을 보호하여 공격 피해 최소화: 컨테이너에서 악성 코드가 실행되더라도 호스트 커널을 보호
Kubernetes의 특정 워크로드에만 적용 가능: 모든 Pod이 아니라, 보안이 중요한 애플리케이션에만 선택적으로 적용 가능

4. eBPF vs gVisor 비교

기능	eBPF	gVisor
주요 목적	보안 모니터링 및 네트워크 보호	컨테이너 실행 격리 및 커널 보호
주요 적용 분야	네트워크 보안, 런타임 보호	샌드박스 실행 환경
운영 방식	리눅스 커널 내부에서 프로그램 실행	자체 사용자 공간 커널 사용
Kubernetes 활용 예시	Cilium, Falco, Tracee	gVisor 런타임 클래스 활용
보안 기여도	네트워크 및 시스템 콜 모니터링	컨테이너 내부에서 실행되는 모든 코드 격리

5. 결론

Kubernetes의 보안 강화를 위해 eBPF와 gVisor는 서로 다른 방식으로 기여한다.

✅ eBPF는 컨테이너의 네트워크 보안 및 시스템 콜 모니터링에 강점이 있으며, Cilium, Falco 같은 도구를 활용하여 Kubernetes 보안을 강화할 수 있다.
✅ gVisor는 컨테이너 자체를 샌드박스 환경에서 실행하여 보안을 강화하는 기술로, 멀티 테넌트 환경에서 강력한 격리를 제공한다.

Kubernetes 환경에서 eBPF와 gVisor를 함께 활용하면 네트워크 보안과 실행 환경 격리를 동시에 강화할 수 있어 더욱 강력한 보안 아키텍처를 구축할 수 있다.