Šta je firmver i za šta se koristi: kompletan i praktičan vodič

Informatec Digital » Resursi » Šta je firmver i za šta se koristi: kompletan i praktičan vodič

Svaki put kada uključite računar, otključate telefon ili programirate mašinu za pranje veša, postoji vrsta tihog softvera koji počinje s radom prije svih ostalih: firmver. Ne vidite ga, ne koristite ga svakodnevno kao operativni sistem, ali bez njega se ništa ne bi pokrenulo.

Ovaj firmver se nalazi unutar samog uređaja , pohranjen na posebnim memorijskim čipovima, i odgovoran je za obavještavanje hardvera šta da radi, kako da to radi i kojim redoslijedom. Razumijevanje šta je to, čemu služi i kako ga zaštititi je danas ključno, kako za kućne korisnike, tako i za preduzeća koja se oslanjaju na svoju digitalnu infrastrukturu.

Šta je zapravo firmver?

Kada govorimo o firmveru, mislimo na vrlo osnovni program koji dolazi unaprijed instaliran na gotovo svakom modernom elektroničkom uređaju. To je softver ugrađen u hardver koji sadrži minimalne instrukcije potrebne za uključivanje uređaja, inicijalizaciju njegovih komponenti i komunikaciju s drugim sistemima.

Ovaj kod se obično pohranjuje u nepromjenjivu memoriju kao što su ROM, EEPROM ili Flash memorija, tako da ostaje tamo čak i kada je uređaj isključen ili ostane bez napajanja. Za razliku od obične aplikacije, koju instalirate i deinstalirate po potrebi, firmver je dio "ličnosti" uređaja.

Gotovo svi uređaji oko vas koriste firmver : računari, ruteri, pametni televizori, mobilni telefoni, sigurnosne kamere, robotski usisivači, štampači, moderni automobili, pametni satovi, Wi-Fi sijalice, ruteri vašeg internet provajdera, kuhinjski aparati i još mnogo toga. Mnogi od njih čak nemaju ni tradicionalni operativni sistem, ali imaju firmver koji im omogućava funkcionisanje, kao što je slučaj sa mnogim ugrađenim sistemima.

Historijski gledano, termin firmver nastao je 60-ih , kada se odnosio na mikrokod pohranjen u posebnoj memoriji koja je definirala skup instrukcija CPU-a. Ovaj koncept se od tada proširio i obuhvata bilo koji programabilni sadržaj unutar uređaja: od BIOS-a računara do interne konfiguracije ASIC-a ili IoT uređaja.

Razlike između firmvera, softvera, operativnog sistema i drajvera

Prilično je lako pomiješati koncepte poput firmvera, softvera, operativnog sistema i drajvera , jer su svi oni, na ovaj ili onaj način, kod koji se izvršava na uređaju. Ali svaki od njih igra vrlo različitu ulogu u tehnološkoj "piramidi".

Firmver u odnosu na "normalni" softver

Firmver je visoko specijalizovana vrsta softvera , ali ga korisnik ne koristi direktno. Njegova svrha je kontrola hardvera na niskom nivou i priprema sistema kako bi drugi programi mogli funkcionisati. Zato se često naziva "hardverski softver".

Korisnički softver (aplikacije, programi, igre) radi nezavisno od operativnog sistema i ne zavisi ni od jedne specifične hardverske komponente . Možete instalirati pretraživač, uređivač teksta ili muzički plejer na različite računare bez brige o tačnom čipu koji koriste, jer sistem (Windows, Linux, Android, itd.) upravlja hardverom putem firmvera i drajvera.

Firmver u odnosu na operativni sistem

Operativni sistem (Windows, macOS, Linux, Android, iOS, itd.) je "masni" softver s kojim svakodnevno komunicirate: ima interfejs, Windows, aplikacije, dozvole, mreže, itd. Firmver, s druge strane, radi prije operativnog sistema i na nižem nivou.

Na primjer, računar može imati BIOS ili UEFI firmver ugraviran na matičnoj ploči. Kada pritisnete dugme za napajanje, ovaj firmver vrši početnu provjeru memorije, procesora, uređaja za pohranu podataka i drugih komponenti, a tek tada predaje kontrolu operativnom sistemu učitavanjem s diska.

Zanimljivo je da uređaj može funkcionirati bez tradicionalnog operativnog sistema , ali s firmverom (zamislite daljinski upravljač ili digitalni sat), dok ne može funkcionirati bez bilo kakvog firmvera koji kontrolira osnovni hardver.

Firmver u odnosu na drajvere ili kontrolere

Drajveri su također softver, ali njihova uloga je drugačija . Drajver se instalira na operativni sistem i djeluje kao "prevodilac" između tog sistema i određenog uređaja: grafičke kartice, štampača, miša, monitora itd.

Firmver se nalazi unutar samog uređaja , često na čipu zalemljenom na matičnu ploču. On govori komponenti kako da se ponaša i kako da komunicira sa vanjskim svijetom. Drajver, s druge strane, govori operativnom sistemu kako da komunicira sa tom komponentom . To su dva komplementarna dijela, ali nisu ista.

Neuspješno ažuriranje drajvera je obično reverzibilno (deinstalirate i vratite se na prethodnu verziju). Međutim, neuspješno ažuriranje firmvera može učiniti uređaj neupotrebljivim (ozloglašena "cigla"), nemogućim za pokretanje, jer ste oštetili sam kod koji ga pokreće.

Kako firmver funkcioniše na dnevnoj bazi

Način na koji firmver funkcioniše lako je razumjeti ako razmislite o procesu pokretanja bilo kojeg uređaja. Kada uključite nešto čak i malo složeno (računar, mobilni telefon, ruter):

• Firmver budi procesor i govori mu koje instrukcije treba prvo izvršiti.
• Provjerite memoriju i ostale osnovne komponente kako bi se osiguralo da nema ozbiljnih kvarova.
• Konfigurišite početne parametre kao što su redoslijed pokretanja, određene postavke napajanja ili mreže.
• Preuzmite ili predajte kontrolu operativnom sistemu ili na sljedeći softver u lancu (bootloader, hipervizor, itd.).

U tradicionalnom računaru, klasičan primjer je BIOS/UEFI : on izvršava "POST" (Power-On Self-Test), detektuje diskove, tastaturu, miš, kartice, učitava boot manager, a to zauzvrat učitava Windows ili Linux u memoriju.

U mobilnom telefonu, firmver proizvođača SoC- a i sam telefon kontrolišu sve, od upravljanja napajanjem do rada ekrana osjetljivog na dodir, kamere, 4G/5G modema i čitača otiska prsta. Android ili iOS tada dolaze do izražaja, ali ispod toga postoje višestruki slojevi firmvera i bootloadera koji sve to omogućavaju.

U jednostavnijim uređajima (kontroleri, senzori, mali kućanski aparati), firmver može djelovati direktno kao "interni operativni sistem". Nema dodatnih slojeva: ugrađeni kod interpretira pritiske tipki, vrijeme i očitanja senzora, te shodno tome aktivira motore, svjetla ili signale.

Gdje se pohranjuje firmver i zašto je to važno?

Firmver se uvijek pohranjuje u nepromjenjivu memoriju , što znači da se informacije ne gube kada se uređaj isključi. Historijski gledano, korišteno je sljedeće:

• ROM (Memorija samo za čitanje): programirano u fabrici i nije moguće mijenjati.
• EEPROMreprogramabilan, ali sa složenim fizičkim procesima (brisanje ultraljubičastim svjetlom).
• EEPROM i fleš memorijaelektrično prepisivo, bez rastavljanja bilo čega.

Danas se firmver obično nalazi na fleš memorijskim čipovima , kao što su NAND fleš memorija ili slični čipovi. Oni su jeftini, brzi i omogućavaju relativno jednostavna ažuriranja (flešovanje), čak i bez otvaranja uređaja. Zbog toga možete ažurirati UEFI vaše matične ploče ili firmver SSD-a direktno iz operativnog sistema.

Mnoge moderne matične ploče čak uključuju i rezervni čip sa "dobrom" kopijom firmvera. Ako nešto pođe po zlu tokom ažuriranja, sistem može vratiti originalni sadržaj i spriječiti da ostanete sa oštećenom matičnom pločom. Prije mnogo godina, ovo nije postojalo, a nestanak struje tokom flešovanja značio je da se matična ploča morala baciti ili vratiti proizvođaču.

U slučaju IoT uređaja i rutera (pogledajte naš vodič za priručnike za rutere i tehničke specifikacije ), memorija koja sadrži firmver obično je zalemljena na ploču, a ažuriranja se vrše putem weba ili mobilnih aplikacija. Sadržaj ove fleš memorije se prepisuje i nakon ponovnog pokretanja, uređaj se pokreće s novim kodom.

Tipovi firmvera: nivoi i praktični primjeri

Nisu svi firmveri podjednako složeni, niti se svi nalaze na istoj tački u "lancu komandovanja ". Obično se klasifikuju i prema nivou sofisticiranosti i prema vrsti uređaja u kojem se nalaze.

Firmver niskog nivoa

Firmver niskog nivoa je najviše povezan sa hardverom . Pokreće se odmah nakon uključivanja i obično se nalazi u ROM-u ili visoko zaštićenoj memoriji koja se ne može lako prepisivati. Njegov zadatak je da osigura da se kritične komponente otkriju i minimalno konfigurišu kako bi se sve ostalo moglo pokrenuti.

U mnogim jednostavnim uređajima, ovaj firmver je sve što postoji : zamislite digitalni budilnik, određene vrste daljinskih upravljača, jeftine temperaturne senzore itd. Ovaj mikrokod definira cijelu logiku uređaja.

Firmver visokog nivoa

Firmver visokog nivoa radi iznad firmvera niskog nivoa i obavlja složenije funkcije : napredne menije za konfiguraciju, grafička sučelja, upravljanje mrežom itd. Obično se pohranjuje u flash memoriju s mogućnošću ponovnog pisanja, što omogućava relativno česta ažuriranja.

Firmver podsistema ili uređaja

U složenim sistemima, mnoge interne komponente imaju svoj vlastiti odvojeni firmver . Ovo je poznato kao firmver podsistema : radi polu-nezavisno od glavnog sistemskog firmvera.

• Grafičke kartice sa vlastitim BIOS-om.
• RAID kontroleri ili skladištenje.
• WiFi ili Bluetooth moduli integrisan u laptop.
• SSD diskovi sa firmverom odgovornim za upravljanje memorijskim ćelijama, keš memorijom i ispravljanje grešaka.

Svaki od ovih podsistema može primati ažuriranja firmvera , ponekad iz vlastitih alata proizvođača ili putem naprednijeg softvera trećih strana.

BIOS, EFI i UEFI: Firmver za računar

Kod desktop i laptop računara, suštinski firmver je bio BIOS (Basic Input/Output System - Osnovni ulazno/izlazni sistem). Decenijama se nalazio na čipu na matičnoj ploči i bio je odgovoran za:

• Izvršite POST i otkrivanje kvarova memorije ili procesora.
• Prepoznavanje tastatura, diskova, kartica i druge osnovne periferne uređaje.
• Učitaj bootloader sa diska, USB pogona ili instalacijskog medija.

Kasnije se pojavio EFI i, prije svega, UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), koji koristi većina današnjih računara. UEFI:

• Omogućava grafičke interfejse s mišem.
• Podržava velike diskove, moderne particije i sigurno pokretanje..
• Nudi napredne opcije upravljanje energijom, sigurnost i dijagnostika.

U svijetu Mac računara, Apple je također prešao na EFI/UEFI prije nekoliko godina , i to je standard na modernim serverima i radnim stanicama. Iz samog UEFI menija možete ažurirati firmver matične ploče, konfigurirati lozinke za pokretanje ili omogućiti funkcije poput TPM-a za šifriranje diska.

Firmver na mobilnim telefonima, IoT uređajima i drugim uređajima

Telefoni, tableti i pametni satovi imaju više slojeva firmvera : u modemu, u audio čipu, u kameri, u kontroleru napajanja... Sve to je nezavisno od Androida ili iOS-a, iako radi koordinirano.

U oblasti Interneta stvari (IoT) , svaki senzor, sijalica, pametni utikač ili IP kamera uključuje vlastiti firmver odgovoran za povezivanje na WiFi, komunikaciju s proizvođačevim cloudom i izvršavanje naredbi (uključivanje, isključivanje, mjerenje, slanje podataka itd.).

Moderni automobili su također puni malih elektronskih kontrolnih jedinica (ECU) za motor, ABS kočnice, zračne jastuke, infotainment, kontrolu klime... Svaka sa svojim specifičnim firmverom, koji se u mnogim slučajevima može ažurirati u radionici, pa čak i daljinski u najnaprednijim modelima.

Zašto je toliko važno ažurirati firmver?

Ažuriranje firmvera nije hir: to je pitanje stabilnosti, performansi i, prije svega, sigurnosti . Uprkos tome, mnogi ljudi to odgađaju, a to može imati posljedice.

Poboljšanja stabilnosti i kompatibilnosti

Vremenom se u originalnom firmveru otkrivaju greške : problemi s kompatibilnošću s određenim hardverom, padovi sistema u određenim situacijama, neuspjesi ponovnog pokretanja sistema iz stanja mirovanja itd. Proizvođači ispravljaju ove greške u novim verzijama.

Ažuriranje može spriječiti nasumična ponovna pokretanja, padove sistema ili drugo neobično ponašanje na računarima, ruterima, kamerama i IoT uređajima. U nekim slučajevima, to je jedini način da komponenta ispravno radi s novim operativnim sistemom.

Sigurnost: najdelikatniji aspekt firmvera

Firmver je veoma atraktivna površina za napad za sajber kriminalce . Ako uspiju ubrizgati zlonamjerni kod tamo, postižu ogromnu perzistentnost : čak i ako formatirate računar, ponovo instalirate operativni sistem ili vratite mobilni uređaj u prvobitno stanje, zlonamjerni softver može ostati aktivan u tom dubokom sloju.

Postoje prijetnje poput firmverskih rootkitova , koji se kriju u BIOS-u/UEFI-ju ili u firmveru diskova i uređaja. Izuzetno ih je teško otkriti, čak i za napredni antivirusni softver, jer se pokreću prije i u pozadini sistema.

Nadalje, proizvođači često nisu davali prioritet sigurnosti u ovim slojevima tokom svojih početnih dizajna: nedostatak digitalnih potpisa, slabe validacije, odsustvo mehanizama za zaštitu od pisanja itd. Ovo se mijenja, ali i dalje postoji mnogo ranjivog firmvera u ruterima, kamerama, kućnim uređajima i, naravno, starijoj, nepodržanoj opremi.

Ažuriranja firmvera uključuju kritične zakrpe koje ispravljaju ranjivosti koje se mogu iskoristiti za krađu podataka, špijuniranje komunikacija, manipulisanje radom uređaja ili otvaranje skrivenih vrata prema cijeloj mreži.

Performanse i nove funkcije

Nije sve u sigurnosnim zakrpama . Često nova verzija firmvera dodaje poboljšanja performansi (na primjer, na SSD-u, grafičkoj kartici ili ruteru) ili otključava kompatibilnost s novim formatima i standardima.

Čak i uređaji koji izgledaju "staro" mogu se osvježiti dobrim ažuriranjem: jedinica za pohranu podataka koja prestaje davati greške, ruter koji dobija na stabilnosti i brzini, matična ploča koja sada podržava novu porodicu procesora u okviru onoga što je fizički moguće, itd.

Rizici, prevare i modifikovani firmver

Ažuriranje firmvera nije bez rizika , a postoji i čitav svijet modificiranih firmvera, kako legitimnih tako i potpuno lažnih.

Opasnost od kvara tokom ažuriranja

Najkritičniji trenutak je sam proces flešovanja . Dok se novi firmver upisuje u memoriju, ako nestane struje, uređaj se isključi ili se proces prekine iz bilo kojeg razloga, uređaj će vjerovatno postati neupotrebljiv.

Zato se uvijek preporučuje flešovanje sa stabilnim napajanjem (izbjegavajte slabe baterije, laptope bez punjača i sumnjive produžetke) i ne dirajte ništa dok se proces ne završi. Mnogi alati jasno upozoravaju da se uređaj ne isključuje ni pod kojim okolnostima.

Obmanjujući firmver i prevare

Neki prevaranti namjerno mijenjaju firmver kako bi lagali o specifikacijama proizvoda . Relativno je uobičajeno vidjeti:

• Jeftini SSD-ovi ili USB diskovi koji "tvrde" da imaju 1 TB ili 2 TB Zapravo imaju 32 ili 64 GB. Firmver prijavljuje lažan kapacitet, ali pisanje preko stvarnog kapaciteta oštećuje podatke.
• Grafičke kartice niske klase prerušene u modele više klasegdje firmver prijavljuje ime ili frekvencije koje ne odgovaraju čipu.

Ove vrste proizvoda se uglavnom nalaze na međunarodnim prodajnim platformama , u sumnjivim trgovinama ili na tržištima polovne robe. Alati za testiranje kapaciteta i performansi mogu razotkriti obmanu upoređujući ono što firmver tvrdi sa onim što hardver zapravo može da uradi.

Neslužbeni firmveri i alternativni projekti

S druge strane, postoje neslužbeni firmveri koje su kreirale zajednice i nezavisni programeri , a koji su u mnogim slučajevima potpuno legitimni i pružaju dodatne funkcije:

• OpenWRT, DD-WRT ili Tomato za ruterekoji dodaju napredne opcije koje mnogi proizvođači ne nude.
• Alternativni firmver za muzičke plejere, kamere ili igraće konzolekoji omogućavaju korištenje dodatnih kodeka, snimanje u RAW formatu, pokretanje domaćeg softvera itd.

Problem je što flešovanje ove vrste firmvera uvijek nosi rizik , a na nekim uređajima može poništiti garanciju ili prekršiti uslove korištenja. Nadalje, ako preuzimate sa nepouzdanih stranica, mogli biste se zaraziti i zlonamjernim softverom.

Kako sigurno ažurirati firmver

Svaki tip uređaja ima svoju proceduru ažuriranja , ali postoji niz općih smjernica kojih se treba pridržavati kako bi se rizici sveli na minimum.

Osnovni koraci i najbolje prakse

• Identificirajte tačan model i trenutnu verziju firmvera uređaja. Obično se nalazi u menijima postavki (na ruterima, kamerama, pametnim televizorima itd.) ili u alatima proizvođača na računarima i mobilnim uređajima.
• Preuzmite firmver isključivo sa službene web stranice Preuzmite od proizvođača ili njihove službene aplikacije. Izbjegavajte web stranice trećih strana ili datoteke koje kruže forumima ako nisu provjerene.
• Pobrinite se da imate stabilno napajanjeZa laptope, držite punjač uključen u utičnicu; za desktop računare, izbjegavajte to tokom oluja ili kada mogu doći do nestanka struje.
• Pažljivo pročitajte upute kako je naznačio proizvođač, posebno ako su poduzeti prethodni koraci (resetiranje, sigurnosna kopija konfiguracije itd.).
• Ne isključujte uređaj niti zatvarajte aplikaciju Dok se pojavljuje traka napretka, budite strpljivi čak i ako se čini da se zamrzne na nekoliko sekundi.

Specifični slučajevi: računari, SSD-ovi, matične ploče i drugo

U modernim desktop računarima i laptopima , matične ploče sa UEFI-jem obično uključuju ugrađene uslužne programe za pretraživanje i primjenu novih verzija povezivanjem na internet ili omogućavaju flešovanje sa USB diska sa preuzetom datotekom.

SSD-ovi često imaju vlastiti službeni softver (kao što su Samsung Magician, CORSAIR tools, Crucial itd.) koji detektuje disk za pohranu i predlaže odgovarajuće ažuriranje firmvera uz nekoliko klikova.

Grafičke kartice, slušalice, mehaničke tastature i drugi periferni uređaji također sve više uključuju vlastiti uslužni program za konfiguraciju, iz kojeg se može učitati novi firmver radi poboljšanja kompatibilnosti, ispravljanja grešaka ili dodavanja funkcija.

U Mac okruženju može postojati i lozinka firmvera kako bi se spriječile neovlaštene promjene pri pokretanju. Ova zaštita se upravlja putem alata za oporavak macOS-a.

Sigurnost firmvera: napadi i odbrana

Sigurnost firmvera postala je centralno pitanje , posebno s porastom broja povezanih uređaja (IoT) i kamera, rutera i senzora u domovima i preduzećima.

Kakvi su napadi na firmver?

Napad na firmver u osnovi uključuje prepisivanje ili mijenjanje ugrađenog koda tako da se uređaj ponaša u skladu s interesima napadača. To je vrsta hakovanja vrlo niskog nivoa.

Posljedice mogu varirati od onesposobljavanja uređaja do njegovog korištenja kao mrežnog ulaza, instaliranja ransomwarea, špijuniranja komunikacija ili krađe podataka. Budući da je zlonamjerni softver tako duboko ugrađen, preživi formatiranje, vraćanje sistema u prvobitno stanje, pa čak i zamjenu tvrdog diska.

Sigurnosne kamere, operatorski ruteri, video rekorderi, industrijski senzori i sistemi za kućnu automatizaciju česte su mete jer ranjivi firmver omogućava napadačima da preuzmu kontrolu nad cijelom povezanom infrastrukturom.

Kako napad stiže do uređaja

Tipične ulazne rute su :

• Slabo osigurane WiFi mreže ili sa zadanim lozinkama.
• Iskorišćavanje ranjivosti poznato u neažuriranom firmveru.
• Ugroženi vanjski uređaji, kao što su USB diskovi ili već zaražena oprema na istoj mreži.
• Preuzimanje "ažuriranja" sa neslužbenih web stranica koji su zapravo modificirani firmver sa zlonamjernim kodom.

Odbrambene mjere uključuju stalno ažuriranje firmvera , promjenu zadanih ključeva, segmentaciju mreža kada je to moguće i izbjegavanje flešovanja datoteka iz sumnjivih izvora po svaku cijenu.

Profesionalno upravljanje firmverom i IT održavanje

U poslovnom svijetu, upravljanje firmverom više nije jednokratni zadatak, već dio kontinuiranog IT održavanja . Svaki server, prekidač, ruter, zaštitni zid, uređaj za pohranu podataka, radna stanica i IoT uređaj ima vlastiti ekosistem firmvera koji može zahtijevati redovna ažuriranja.

Dobra praksa je voditi detaljan inventar modela, verzija firmvera i datuma posljednjeg ažuriranja, zajedno s jasnom procedurom za testiranje novih verzija u testnim okruženjima prije njihovog postavljanja u produkciju.

Također je preporučljivo integrirati pregled firmvera u politike kibernetičke sigurnosti : provjeriti biltene proizvođača, zakazati periode održavanja za kritične promjene, dokumentirati moguće puteve vraćanja na prethodno stanje u slučaju da nešto pođe po zlu i obučiti IT tim da razumije važnost ovog sloja.

Ignorisanje firmvera u sigurnosnoj strategiji ostavlja otvorena vrata najstrpljivijem i najbolje pripremljenom napadaču, upravo na mjestu gdje imate najmanju vidljivost s tradicionalnim alatima.

U konačnici, firmver je taj diskretni dio koji sve ostalo drži na okupu : ako je ažuriran, dobro zaštićen i pravilno upravljan, vaši uređaji će bolje raditi, trajati duže i biti daleko manje izloženi teškim sigurnosnim prijetnjama.