Hvad er firmware, og hvad bruges det til: en komplet og praktisk guide

Informatic Digital » Recursos » Hvad er firmware, og hvad bruges det til: en komplet og praktisk guide

Hver gang du tænder din computer, låser din telefon op eller programmerer vaskemaskinen, er der en slags lydløs software, der går i gang før alle andre: firmwaren. Du ser den ikke, du bruger den ikke dagligt som operativsystemet, men uden den ville intet starte.

Denne firmware findes i selve enheden , lagret på specielle hukommelseschips, og er ansvarlig for at fortælle hardwaren, hvad den skal gøre, hvordan den skal gøre det, og i hvilken rækkefølge. Det er afgørende i dag at forstå, hvad den er, hvad den bruges til, og hvordan man holder den sikker, både for hjemmebrugere og for virksomheder, der er afhængige af deres digitale infrastruktur.

Hvad er firmware egentlig?

Når vi taler om firmware, refererer vi til et meget grundlæggende program , der er forudinstalleret på næsten alle moderne elektroniske enheder. Det er software indlejret i hardwaren , der indeholder de minimale instruktioner, der er nødvendige for, at enheden kan tænde, initialisere dens komponenter og kommunikere med andre systemer.

Denne kode gemmes normalt i ikke-flygtig hukommelse såsom ROM, EEPROM eller flash-hukommelse, så den forbliver der, selv når enheden er slukket eller mister strøm. I modsætning til en almindelig app, som du installerer og afinstallerer efter behov, er firmware en del af enhedens "personlighed".

Stort set alle enheder omkring dig kører firmware : computere, routere, smart-tv'er, mobiltelefoner, sikkerhedskameraer, robotstøvsugere, printere, moderne biler, smartwatches, Wi-Fi-pærer, din internetudbyders routere, køkkenapparater og meget mere. Mange af dem har ikke engang et traditionelt operativsystem, men de har firmware, der gør det muligt for dem at fungere, som det er tilfældet med mange indlejrede systemer.

Historisk set opstod udtrykket firmware i 60'erne , hvor det refererede til mikrokode lagret i en særlig hukommelse, der definerede CPU'ens instruktionssæt. Dette koncept er siden blevet udvidet til at omfatte alt programmerbart indhold i en enhed: fra en pc's BIOS til den interne konfiguration af en ASIC eller en IoT-enhed.

Forskelle mellem firmware, software, operativsystem og drivere

Det er ret nemt at forveksle begreber som firmware, software, operativsystem og drivere , fordi de alle på en eller anden måde er kode, der kører på en enhed. Men hver især spiller en meget forskellig rolle i den teknologiske "pyramide".

Firmware vs. "normal" software

Firmware er en højt specialiseret type software , men den bruges ikke direkte af brugeren. Dens formål er at styre hardwaren på et lavt niveau og forberede systemet, så andre programmer kan fungere. Derfor kaldes det ofte "hardwaresoftware".

Brugersoftware (applikationer, programmer, spil) fungerer uafhængigt af operativsystemet og er ikke afhængig af nogen specifik hardwarekomponent . Du kan installere en browser, en teksteditor eller en musikafspiller på forskellige computere uden at bekymre dig om præcis hvilken chip de bruger, fordi systemet (Windows, Linux, Android osv.) administrerer hardwaren via firmware og drivere.

Firmware vs. operativsystem

Operativsystemet (Windows, macOS, Linux, Android, iOS osv.) er den "fede" software, du interagerer med hver dag: den har en brugerflade, Windows, applikationer, tilladelser, netværk osv. Firmware kører derimod før operativsystemet og på et lavere niveau.

En pc kan for eksempel have BIOS- eller UEFI-firmware indgraveret på bundkortet. Når du trykker på tænd/sluk-knappen, udfører denne firmware en indledende kontrol af hukommelse, processor, lagerenheder og andre komponenter, og først derefter afgiver den kontrollen til operativsystemet ved at indlæse den fra disken.

Interessant nok kan en enhed fungere uden et traditionelt operativsystem , men med firmware (tænk på en fjernbetjening eller et digitalt ur), mens den ikke kan fungere uden nogen form for firmware, der styrer den grundlæggende hardware.

Firmware vs. drivere eller controllere

Drivere er også software, men deres rolle er anderledes . En driver installeres på operativsystemet og fungerer som en "oversætter" mellem det pågældende system og en bestemt enhed: grafikkortet, printeren, musen, en skærm osv.

Firmwaren findes i selve enheden , ofte på en chip loddet til bundkortet. Den fortæller komponenten, hvordan den skal opføre sig , og hvordan den skal kommunikere med omverdenen. Driveren fortæller derimod operativsystemet, hvordan den skal kommunikere med den pågældende komponent . De er to komplementære dele, men de er ikke det samme.

En mislykket driveropdatering er normalt reversibel (du afinstallerer og vender tilbage til den tidligere version). En mislykket firmwareopdatering kan dog gøre enheden ubrugelig (den berygtede "mursten"), ude af stand til at starte, fordi du har ødelagt den samme kode, der får den til at starte.

Sådan fungerer firmwaren i det daglige

Måden firmware fungerer på er let at forstå, hvis man tænker over opstartsprocessen på enhver enhed. Når man tænder for noget, selv lidt komplekst (computer, mobiltelefon, router):

• Firmwaren vækker processoren og fortæller den, hvilke instruktioner der skal udføres først.
• Tjek hukommelsen og andre grundlæggende komponenter for at sikre, at der ikke opstår alvorlige fejl.
• Konfigurér indledende parametre såsom opstartsrækkefølgen, bestemte strøm- eller netværksindstillinger.
• Overtage eller overdrage kontrollen til operativsystemet eller til den næste software i kæden (bootloader, hypervisor osv.).

I en traditionel pc er det klassiske eksempel BIOS/UEFI : den udfører "POST" (Power-On Self-Test), registrerer diske, tastatur, mus og kort, indlæser boot manager, og dette indlæser igen Windows eller Linux i hukommelsen.

I en mobiltelefon styrer firmwaren fra SoC-producenten og selve telefonen alt fra strømstyring til betjening af berøringsskærmen, kameraet, 4G/5G-modemet og fingeraftrykslæseren. Android eller iOS kommer derefter i spil, men nedenunder er der flere lag af firmware og bootloadere, der gør det hele muligt.

I enklere enheder (controllere, sensorer, små apparater) kan firmwaren fungere direkte som det "interne operativsystem". Der er ingen yderligere lag: den indlejrede kode fortolker knaptryk, timing og sensoraflæsninger og aktiverer motorer, lys eller signaler i overensstemmelse hermed.

Hvor er firmwaren gemt, og hvorfor er det vigtigt?

Firmware gemmes altid i ikke-flygtig hukommelse , hvilket betyder, at den ikke mister information, når enheden slukkes. Historisk set er følgende blevet brugt:

• ROM (skrivebeskyttet hukommelse): programmeret fra fabrikken og kan ikke ændres.
• EPROM: omprogrammerbar, men med besværlige fysiske processer (sletning med ultraviolet lys).
• EEPROM og flashhukommelse: elektrisk omskrivbar, uden at skille noget ad.

I dag findes firmware typisk på flash-hukommelseschips , såsom NAND-flashhukommelse eller lignende chips. Disse er billige, hurtige og muliggør relativt enkle opdateringer (flashing), selv uden at åbne enheden. Derfor kan du opdatere dit bundkorts UEFI- eller SSD-firmware direkte fra operativsystemet.

Mange moderne bundkort inkluderer endda en backup-chip med en "god" kopi af firmwaren. Hvis noget går galt under en opdatering, kan systemet gendanne det originale indhold og forhindre, at du står tilbage med et ødelagt bundkort. For år tilbage eksisterede dette ikke, og et strømafbrydelse under flashing betød, at bundkortet måtte smides væk eller sendes tilbage til producenten.

I tilfælde af IoT-enheder og routere (se vores guide til routermanualer og tekniske specifikationer ) er hukommelsen, der indeholder firmwaren, normalt loddet fast på kortet, og opdateringer udføres via internettet eller mobilapps. Indholdet af denne flashhukommelse omskrives, og ved genstart starter enheden med den nye kode.

Firmwaretyper: niveauer og praktiske eksempler

Ikke al firmware er lige kompleks, og den befinder sig heller ikke på samme punkt i "kommandokæden ". Den klassificeres normalt både efter dens sofistikeringsniveau og efter den type enhed, den findes i.

Lavniveau-firmware

Lavniveau-firmware er den firmware, der er tættest knyttet til hardwaren . Den kører umiddelbart efter opstart og findes typisk i ROM eller en højt beskyttet hukommelse , der ikke let kan omskrives. Dens opgave er at sikre, at kritiske komponenter registreres og konfigureres minimalt, så alt andet kan starte.

I mange simple enheder er denne firmware alt, hvad der er : tænk på et digitalt vækkeur, visse typer fjernbetjeninger, billige temperatursensorer osv. Denne mikrokode definerer hele enhedens logik.

Firmware på højt niveau

Firmware på højt niveau fungerer over firmware på lavt niveau og udfører mere komplekse funktioner : avancerede konfigurationsmenuer, grafiske grænseflader, netværksadministration osv. Den er typisk gemt i en omskrivbar flashhukommelse, hvilket muliggør relativt hyppige opdateringer.

Undersystem- eller enhedsfirmware

I komplekse systemer har mange interne komponenter deres egen separate firmware . Dette kaldes subsystemfirmware : det fungerer delvist uafhængigt af systemets primære firmware.

• Grafikkort med sin egen BIOS.
• RAID-controllere eller opbevaring.
• WiFi- eller Bluetooth-moduler integreret i en bærbar computer.
• SSD-drev med firmware ansvarlig for at administrere hukommelsesceller, caches og fejlkorrektion.

Hvert af disse delsystemer kan modtage sine egne firmwareopdateringer , nogle gange fra producentens egne værktøjer eller via mere avanceret tredjepartssoftware.

BIOS, EFI og UEFI: PC-firmware

I stationære og bærbare computere har den essentielle firmware været BIOS (Basic Input/Output System). I årtier lå den på en chip på bundkortet og var ansvarlig for:

• Udfør POST og detektere hukommelses- eller CPU-fejl.
• Genkende tastaturer, diske, kort og andre basale perifere enheder.
• Indlæs boot manageren fra disken, USB-drevet eller installationsmediet.

Senere kom EFI og frem for alt UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), som er det, de fleste nuværende pc'er bruger. UEFI:

• Det tillader grafiske grænseflader med mus.
• Den understøtter store diske, moderne partitioner og sikker opstart..
• Det tilbyder avancerede muligheder energistyring, sikkerhed og diagnostik.

I Mac-verdenen migrerede Apple også til EFI/UEFI for år tilbage , og det er standarden på moderne servere og arbejdsstationer. Fra selve UEFI-menuen kan du opdatere bundkortets firmware, konfigurere boot-adgangskoder eller aktivere funktioner som TPM til diskkryptering.

Firmware på mobiltelefoner, IoT-enheder og andre enheder

Telefoner, tablets og smartwatches har flere lag af firmware : i modemet, i lydchippen, i kameraet, i strømstyringen... Alt dette er uafhængigt af Android eller iOS, selvom det fungerer i koordinering.

Inden for Tingenes Internet (IoT) har hver sensor, pære, smart stik eller IP-kamera sin egen firmware, der er ansvarlig for at oprette forbindelse til WiFi, kommunikere med producentens cloud og udføre kommandoer (tænde, slukke, måle, sende data osv.).

Moderne biler er også fyldt med små elektroniske styreenheder (ECU'er) til motor, ABS-bremser, airbags, infotainment, klimaanlæg ... Hver med sin egen specifikke firmware, som i mange tilfælde kan opdateres på værkstedet og endda eksternt i de mest avancerede modeller.

Hvorfor er det så vigtigt at opdatere firmwaren?

Opdatering af firmware er ikke en lune: det handler om stabilitet, ydeevne og frem for alt sikkerhed . Alligevel bliver mange ved med at udsætte det, og det kan have konsekvenser.

Forbedringer af stabilitet og kompatibilitet

Med tiden opdages der fejl i den originale firmware : kompatibilitetsproblemer med bestemt hardware, nedbrud i specifikke situationer, manglende genoptagelse fra dvaletilstand osv. Producenter retter disse fejl i nye versioner.

Opdatering kan forhindre tilfældige genstarter, nedbrud eller anden usædvanlig adfærd på pc'er, routere, kameraer og IoT-enheder. I nogle tilfælde er det den eneste måde at få en komponent til at fungere korrekt med et nyt operativsystem.

Sikkerhed: det mest følsomme aspekt af firmware

Firmware er en meget attraktiv angrebsflade for cyberkriminelle . Hvis de formår at injicere skadelig kode der, opnår de enorm vedholdenhed : selv hvis du formaterer din pc, geninstallerer operativsystemet eller gendanner din mobilenhed, kan malwaren forblive aktiv i det dybe lag.

Der findes trusler som firmware-rootkits , der gemmer sig i BIOS/UEFI eller i firmwaren på diske og enheder. De er ekstremt vanskelige at opdage, selv for avanceret antivirussoftware, fordi de kører før og i baggrunden af ​​systemet.

Derudover prioriterede producenter ofte ikke sikkerhed i disse lag under deres oprindelige design: mangel på digitale signaturer, slappe valideringer, fravær af skrivebeskyttelsesmekanismer osv. Dette har ændret sig, men der er stadig en masse sårbar firmware i routere, kameraer, hjemmeenheder og selvfølgelig ældre, ikke-understøttet udstyr.

Firmwareopdateringer inkluderer kritiske programrettelser , der retter sårbarheder, der kan udnyttes til at stjæle data, spionere på kommunikation, manipulere en enheds drift eller åbne bagdøre til hele netværket.

Ydeevne og nye funktioner

Det handler ikke kun om sikkerhedsrettelser . Ofte tilføjer en ny firmwareversion forbedringer af ydeevnen (f.eks. på en SSD, et grafikkort eller en router) eller låser op for kompatibilitet med nye formater og standarder.

Selv enheder, der virker "gamle", kan forynges med en god flash: en lagringsenhed, der holder op med at give fejl, en router, der får stabilitet og hastighed, et bundkort, der nu understøtter en ny familie af processorer inden for hvad der er fysisk muligt, osv.

Risici, svindel og ændret firmware

Opdatering af firmware er ikke uden risici , og der findes også en hel verden af ​​modificerede firmwares, både legitime og direkte svigagtige.

Faren for fejl under opdateringen

Det mest kritiske øjeblik er selve flashing-processen . Hvis strømmen går ud, enheden lukker ned, eller processen afbrydes af en eller anden grund, mens den nye firmware skrives til hukommelsen, vil enheden sandsynligvis blive ubrugelig.

Derfor anbefales det altid at flashe med en stabil strømforsyning (undgå lave batterier, bærbare computere uden opladere og mistænkelige stikdåser) og slet ikke røre ved noget, før processen er færdig. Mange værktøjer advarer tydeligt mod at slukke enheden under nogen omstændigheder.

Vildledende firmware og svindel

Nogle svindlere ændrer bevidst firmwaren for at lyve om produktspecifikationer . Det er relativt almindeligt at se:

• Billige SSD'er eller USB-drev, der "påstår" at have 1 TB eller 2 TB De har faktisk 32 eller 64 GB. Firmwaren rapporterer en falsk kapacitet, men skrivning ud over den faktiske kapacitet ødelægger dataene.
• Lavpris grafikkort forklædt som high-end modellerhvor firmwaren rapporterer et navn eller frekvenser, der ikke svarer til chippen.

Disse typer produkter findes oftest på internationale salgsplatforme , i tvivlsomme butikker eller på brugtmarkeder. Kapacitets- og ydeevnetestværktøjer kan afsløre bedrag ved at sammenligne, hvad firmwaren påstår, med hvad hardwaren rent faktisk kan.

Uofficielle firmwares og alternative projekter

På den anden side er der uofficielle firmwares skabt af communities og uafhængige udviklere , som i mange tilfælde er fuldstændig legitime og tilbyder ekstra funktioner:

• OpenWRT, DD-WRT eller Tomato til routeresom tilføjer avancerede muligheder, som mange producenter ikke tilbyder.
• Alternativ firmware til musikafspillere, kameraer eller spillekonsollersom tillader brug af yderligere codecs, optagelse i RAW, kørsel af hjemmebrygget software osv.

Problemet er, at det altid indebærer en risiko at flashe denne type firmware , og på nogle enheder kan det ugyldiggøre garantien eller overtræde servicevilkårene. Derudover kan du ende med malware som en bonus , hvis du downloader fra upålidelige websteder.

Sådan opdaterer du firmware sikkert

Hver type enhed har sin egen opdateringsprocedure , men der er en række generelle retningslinjer, der bør følges for at minimere risici.

Grundlæggende trin og bedste praksis

• Identificer den nøjagtige model og aktuelle firmwareversion af enheden. Den findes normalt i indstillingsmenuer (på routere, kameraer, Smart TV'er osv.) eller i producentværktøjer på pc'er og mobile enheder.
• Download firmwaren udelukkende fra den officielle hjemmeside Download fra producenten eller deres officielle app. Undgå tredjepartswebsteder eller filer, der cirkulerer på fora, hvis de ikke er verificeret.
• Sørg for at du har en stabil strømforsyningFor bærbare computere skal opladeren være tilsluttet; for stationære computere skal du undgå at gøre det under storme eller når der kan opstå strømafbrydelser.
• Læs instruktionerne omhyggeligt som angivet af producenten, især hvis der er forudgående trin (nulstilling, sikkerhedskopiering af konfiguration osv.).
• Sluk ikke enheden eller luk applikationen Vær tålmodig, mens statuslinjen vises, selvom den ser ud til at fryse i et par sekunder.

Specifikke tilfælde: pc'er, SSD'er, bundkort og mere

I moderne stationære pc'er og bærbare computere inkluderer bundkort med UEFI normalt indbyggede værktøjer til at søge efter og anvende nye versioner ved at oprette forbindelse til internettet eller tillade flashing fra et USB-drev med den downloadede fil.

SSD'er har ofte deres egen officielle software (såsom Samsung Magician, CORSAIR-værktøjer, Crucial osv.), der registrerer lagringsdrevet og foreslår den passende firmwareopdatering med et par klik.

Grafikkort, hovedtelefoner, mekaniske tastaturer og andet perifert udstyr inkluderer også i stigende grad deres eget konfigurationsværktøj, hvorfra ny firmware kan indlæses for at forbedre kompatibilitet, rette fejl eller tilføje funktioner.

I Mac-miljøet kan der også være en firmware-adgangskode for at forhindre uautoriserede opstartsændringer. Denne beskyttelse administreres via macOS-gendannelsesværktøjer.

Firmwaresikkerhed: angreb og forsvar

Firmwaresikkerhed er blevet et centralt problem , især med udbredelsen af ​​forbundne enheder (IoT) og kameraer, routere og sensorer i hjem og virksomheder.

Hvordan er firmwareangreb?

Et firmwareangreb involverer grundlæggende omskrivning eller ændring af den indlejrede kode, så enheden opfører sig i overensstemmelse med angriberens interesser. Det er en form for hacking på meget lavt niveau.

Konsekvenserne kan variere fra at gøre enheden ubrugelig til at bruge den som en gateway til et netværk, installere ransomware, spionere på kommunikation eller stjæle data. Fordi malwaren er så dybt indlejret, overlever den formatering, systemgendannelse og endda udskiftning af harddiske.

Sikkerhedskameraer, operatørroutere, videooptagere, industrielle sensorer og hjemmeautomationssystemer har været hyppige mål, fordi sårbar firmware giver angribere mulighed for at tage kontrol over hele den tilhørende infrastruktur.

Hvordan angrebet når enheden

Typiske indgangsruter er :

• Dårligt sikrede WiFi-netværk eller med standardadgangskoder.
• Udnyttelse af sårbarheder kendt i den ikke-opdateringsbaserede firmware.
• Kompromitterede eksterne enheder, såsom USB-drev eller allerede inficeret udstyr på det samme netværk.
• Download af "opdateringer" fra uofficielle websteder som faktisk er moddet firmware med ondsindet kode.

Forsvarsforanstaltninger inkluderer altid at holde firmwaren opdateret , ændre standardnøgler, segmentere netværk når det er muligt, og undgå at flashe filer fra tvivlsomme kilder for enhver pris.

Professionel firmwarehåndtering og IT-vedligeholdelse

I en virksomhed er administration af firmware ikke længere en engangsopgave, men snarere en del af den løbende IT-vedligeholdelse . Hver server, switch, router, firewall, lagerenhed, arbejdsstation og IoT-enhed har sit eget firmware-økosystem, der kan kræve regelmæssige opdateringer.

Det er god praksis at føre en detaljeret oversigt over modeller, firmwareversioner og datoer for den seneste opdatering, sammen med en klar procedure for test af nye versioner i testmiljøer, før de implementeres i produktion.

Det er også tilrådeligt at integrere firmwaregennemgang i cybersikkerhedspolitikker : tjek producentens bulletiner, planlæg vedligeholdelsesvinduer for kritiske flashes, dokumenter mulige rollback-stier, hvis noget går galt, og træn IT-teamet i at forstå vigtigheden af ​​dette lag.

At ignorere firmware i en sikkerhedsstrategi er at åbne døren for den mest tålmodige og bedst forberedte angriber, lige på det punkt, hvor du har mindst synlighed med traditionelle værktøjer.

I sidste ende er firmware den diskrete del, der holder alt andet sammen : Hvis den er opdateret, godt beskyttet og administreret korrekt, vil dine enheder yde bedre, holde længere og være langt mindre udsatte for svære at løse sikkerhedsproblemer.