一、背景：容器镜像安全为何成为焦点？

随着容器化技术的普及，企业IT架构中镜像仓库（如Harbor）已成为核心组件。然而，镜像在传输和存储过程中面临篡改、伪造等风险，可能导致供应链攻击（如SolarWinds事件）。传统的校验方式（如SHA256哈希）仅能验证完整性，无法证明镜像来源的真实性。因此，镜像签名与验证成为保障容器安全的关键环节。

Harbor作为开源的企业级镜像仓库，支持基于角色的访问控制（RBAC）、漏洞扫描等功能，但其原生镜像验证依赖外部工具。此时，Notation（由CNCF孵化的开源项目）通过标准化签名格式和验证流程，成为Harbor生态中不可或缺的补充。

二、Notation核心价值：标准化镜像签名

1. Notation的设计目标

Notation旨在解决容器镜像签名领域的两大痛点：

格式碎片化：不同工具（如Cosign、Sigstore）使用各自的签名格式，导致生态割裂。
验证复杂性：缺乏统一的验证接口，需依赖特定工具链。

Notation通过定义通用签名格式（基于W3C的Verifiable Credentials）和标准化CLI工具，实现了跨平台的签名与验证。其核心特性包括：

支持多种密钥类型：X.509证书、KMS、HSM等。
签名元数据嵌入：将签名信息直接附加到镜像清单（OCI Image Manifest）中，避免分离存储。
插件化架构：通过扩展插件支持不同签名后端（如Sigstore、HashiCorp Vault）。

2. Notation与Harbor的协同逻辑

Harbor负责镜像的存储、分发和权限管理，而Notation补充了端到端的信任链：

开发者签名：在构建阶段，使用Notation对镜像进行签名。
仓库存储：Harbor保存签名后的镜像，并记录签名元数据。
消费者验证：部署前，通过Notation验证镜像签名是否有效、是否由可信实体签发。

这种分工避免了Harbor核心功能的臃肿化，同时利用Notation的专业性实现安全目标。

三、实践：Notation在Harbor中的部署与验证

1. 环境准备

硬件与软件要求

Harbor 2.0+（支持OCI Artifact）
Notation 1.0+
签名密钥（如X.509证书）
可选：Sigstore或Vault作为签名后端

安装步骤

# 安装Notation（以Linux为例）
curl -L https://github.com/notaryproject/notation/releases/download/v1.0.0/notation_1.0.0_linux_amd64.tar.gz | tar -xz
sudo mv notation /usr/local/bin/
# 配置签名密钥（示例使用本地PEM文件）
notation cert add --id my-key --cert /path/to/cert.pem --key /path/to/key.pem

2. 镜像签名流程

步骤1：生成签名

# 假设镜像已推送到Harbor，标签为registry.example.com/library/nginx:v1
NOTATION_KEY_REF=my-key notation sign registry.example.com/library/nginx:v1

此命令会：

从Harbor拉取镜像清单。
使用指定密钥生成签名。
将签名附加到镜像的OCI Artifact中。

步骤2：验证签名

NOTATION_TRUST_STORE=/path/to/trust-store.json notation verify registry.example.com/library/nginx:v1

验证过程包括：

检查签名是否存在。
验证签名密钥是否在信任库中。
确认签名未被篡改。

3. Harbor集成优化

策略配置

在Harbor的“系统管理”→“仓库管理”中，可配置：

强制签名验证：仅允许已签名的镜像被拉取。
信任锚管理：指定允许的签名证书颁发机构（CA）。

自动化流水线集成

在CI/CD流水线（如Jenkins、GitLab CI）中插入Notation步骤：

# GitLab CI示例
stages:
  - build
  - sign
  - deploy
sign_image:
  stage: sign
  image: alpine/notation:latest
  script:
    - notation sign $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_TAG
    - notation verify $CI_REGISTRY_IMAGE:$CI_COMMIT_TAG

四、进阶场景与最佳实践

1. 跨集群镜像分发

在多集群环境中，可通过Notation的签名委托机制实现：

集群A的开发者签名镜像后推送到Harbor。
集群B从Harbor拉取镜像时，验证签名是否由集群A的授权密钥签发。

2. 短期证书管理

对于临时环境（如开发测试），可使用Notation的一次性密钥功能：

notation cert generate --id ephemeral-key --expires 24h

生成的密钥24小时后失效，降低泄露风险。

3. 审计与合规

结合Harbor的审计日志和Notation的签名记录，可生成完整的镜像操作轨迹，满足GDPR、SOC2等合规要求。

五、挑战与解决方案

1. 性能影响

签名/验证过程会增加镜像处理时间。优化建议：

使用硬件安全模块（HSM）加速签名。
在构建阶段并行签名，避免阻塞流水线。

2. 密钥轮换

定期更换签名密钥时，需同步更新Harbor的信任库。可通过自动化脚本实现：

# 轮换密钥并更新Harbor信任库
old_key="old-key"
new_key="new-key"
notation cert add --id $new_key --cert new-cert.pem --key new-key.pem
sed -i "s/$old_key/$new_key/g" /etc/harbor/trust-store.json
systemctl restart harbor

六、未来展望

Notation与Harbor的集成正在向更深层次发展：

支持SBOM（软件物料清单）签名：将依赖项清单与镜像绑定，增强供应链透明度。
与Sigstore深度整合：利用Sigstore的透明日志（Transparency Log）实现不可篡改的签名记录。
AI辅助验证：通过机器学习分析签名模式，自动检测异常行为。

七、结语

通过Notation与Harbor的协同，企业能够构建从开发到部署的全链路镜像安全体系。这一实践不仅符合零信任架构的要求，也为容器化环境的合规运营提供了坚实保障。建议开发者从试点项目开始，逐步扩大签名验证范围，最终实现100%的镜像可信覆盖。

Notation与Harbor强强联合：构建安全的镜像验证体系