Što je firmware i za što se koristi: cjelovit i praktičan vodič

Informatec Digital » Sredstva » Što je firmware i za što se koristi: cjelovit i praktičan vodič

Svaki put kada uključite računalo, otključate telefon ili programirate perilicu rublja, postoji vrsta tihog softvera koji se aktivira prije svih ostalih: firmver. Ne vidite ga, ne koristite ga svakodnevno kao operativni sustav, ali bez njega se ništa ne bi pokrenulo.

Ovaj firmware nalazi se unutar samog uređaja , pohranjen na posebnim memorijskim čipovima i odgovoran je za davanje uputa hardveru što treba učiniti, kako to učiniti i kojim redoslijedom. Razumijevanje što je to, čemu služi i kako ga zaštititi ključno je danas, kako za kućne korisnike tako i za tvrtke koje se oslanjaju na svoju digitalnu infrastrukturu.

Što je točno firmware?

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

Ovaj se kod obično pohranjuje u nepromjenjivu memoriju kao što su ROM, EEPROM ili Flash memorija, pa ostaje tamo čak i kada se uređaj isključi ili izgubi napajanje. Za razliku od obične aplikacije, koju instalirate i deinstalirate po potrebi, firmver je dio "osobnosti" uređaja.

Gotovo svi uređaji oko vas koriste firmware : računala, usmjerivači, pametni televizori, mobilni telefoni, sigurnosne kamere, robotski usisavači, pisači, moderni automobili, pametni satovi, Wi-Fi žarulje, usmjerivači vašeg davatelja internetskih usluga, kuhinjski aparati i još mnogo toga. Mnogi od njih nemaju ni tradicionalni operativni sustav, ali imaju firmware koji im omogućuje funkcioniranje, kao što je slučaj s mnogim ugrađenim sustavima.

Povijesno gledano, pojam firmware nastao je 60-ih , kada se odnosio na mikrokod pohranjen u posebnoj memoriji koji je definirao skup instrukcija CPU-a. Ovaj se koncept od tada proširio i obuhvaća bilo koji programabilni sadržaj unutar uređaja: od BIOS-a računala do interne konfiguracije ASIC-a ili IoT uređaja.

Razlike između firmvera, softvera, operativnog sustava i upravljačkih programa

Prilično je lako pomiješati koncepte poput firmvera, softvera, operativnog sustava i upravljačkih programa , 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".

Firmware u odnosu na "normalni" softver

Firmware je visoko specijalizirana vrsta softvera , ali ga korisnik ne koristi izravno. Njegova je svrha kontrolirati hardver na niskoj razini i pripremiti sustav kako bi drugi programi mogli funkcionirati. Zato se često naziva "hardverski softver".

Korisnički softver (aplikacije, programi, igre) radi neovisno o operativnom sustavu i ne ovisi o bilo kojoj specifičnoj hardverskoj komponenti . Možete instalirati preglednik, uređivač teksta ili glazbeni player na različita računala bez brige o točnom čipu koji koriste, jer sustav (Windows, Linux, Android itd.) upravlja hardverom putem firmvera i upravljačkih programa.

Firmware u odnosu na operativni sustav

Operativni sustav (Windows, macOS, Linux, Android, iOS itd.) je "debeo" softver s kojim svakodnevno komunicirate: ima sučelje, prozore, aplikacije, dozvole, mreže itd. Firmware, s druge strane, radi prije operativnog sustava i na nižoj razini.

Na primjer, računalo može imati BIOS ili UEFI firmware ugraviran na matičnu ploču. Kada pritisnete gumb za napajanje, ovaj firmware provodi početnu provjeru memorije, procesora, uređaja za pohranu i ostalih komponenti, a tek tada predaje kontrolu operativnom sustavu učitavanjem s diska.

Zanimljivo je da uređaj može funkcionirati bez tradicionalnog operativnog sustava , ali s firmwareom (zamislite daljinski upravljač ili digitalni sat), dok ne može funkcionirati bez ikakvog firmwarea koji kontrolira osnovni hardver.

Firmware vs. upravljački programi ili kontroleri

Upravljački programi su također softver, ali njihova je uloga drugačija . Upravljački program se instalira na operativni sustav i djeluje kao "prevoditelj" između tog sustava i određenog uređaja: grafičke kartice, pisača, miša, monitora itd.

Firmver se nalazi unutar samog uređaja , često na čipu zalemljenom na matičnu ploču. On govori komponenti kako se ponašati i kako komunicirati s vanjskim svijetom. S druge strane, upravljački program govori operativnom sustavu kako komunicirati s tom komponentom . To su dva komplementarna dijela, ali nisu ista.

Neuspješno ažuriranje upravljačkog programa obično je poništivo (deinstalirate ga i vratite se na prethodnu verziju). Međutim, neuspješno ažuriranje firmvera može učiniti uređaj neupotrebljivim (zloglasna "cigla"), nemogućnošću pokretanja, jer ste oštetili sam kod koji omogućuje njegovo pokretanje.

Kako firmware radi svakodnevno

Način rada firmvera lako je razumjeti ako razmislite o procesu pokretanja bilo kojeg uređaja. Kada uključite nešto čak i malo složeno (računalo, mobitel, ruter):

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

U tradicionalnom računalu, klasičan primjer je BIOS/UEFI : on provodi "POST" (Power-On Self-Test), detektira diskove, tipkovnicu, miš, kartice, učitava upravitelj pokretanja, a to zauzvrat učitava Windows ili Linux u memoriju.

U mobilnom telefonu, firmware proizvođača SoC- a i sam telefon kontroliraju sve, od upravljanja napajanjem do rada zaslona osjetljivog na dodir, kamere, 4G/5G modema i čitača otiska prsta. Tada na scenu stupaju Android ili iOS, ali ispod toga postoje višestruki slojevi firmwarea i bootloadera koji sve to omogućuju.

U jednostavnijim uređajima (kontroleri, senzori, mali kućanski aparati), firmware može djelovati izravno kao "interni operativni sustav". Nema dodatnih slojeva: ugrađeni kod interpretira pritiske tipki, vrijeme i očitanja senzora te u skladu s tim aktivira motore, svjetla ili signale.

Gdje se pohranjuje firmware i zašto je to važno?

Firmware se uvijek pohranjuje u nepromjenjivu memoriju , što znači da se podaci ne gube kada se uređaj isključi. Povijesno gledano, korišteno je sljedeće:

• ROM (Memorija samo za čitanje): programirano u tvornici i ne može se mijenjati.
• EPROMreprogramabilno, ali s kompliciranim fizičkim procesima (brisanje ultraljubičastim svjetlom).
• EEPROM i flash memorijaelektrično prepisivo, bez rastavljanja ičega.

Danas se firmware obično nalazi na flash memorijskim čipovima , kao što su NAND flash memorija ili slični čipovi. Oni su jeftini, brzi i omogućuju relativno jednostavna ažuriranja (flashing), čak i bez otvaranja uređaja. Zbog toga možete ažurirati UEFI matične ploče ili firmware SSD-a izravno iz operativnog sustava.

Mnoge moderne matične ploče čak uključuju i sigurnosnu kopiju s "dobrom" kopijom firmvera. Ako nešto pođe po zlu tijekom ažuriranja, sustav može vratiti izvorni sadržaj i spriječiti da ostanete s oštećenom matičnom pločom. Prije mnogo godina to nije postojalo, a nestanak struje tijekom flashanja značio je da se matična ploča morala baciti ili poslati natrag proizvođaču.

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

Vrste firmwarea: razine i praktični primjeri

Nisu svi firmware-i jednako složeni, niti se svi nalaze na istoj točki u "lancu zapovijedanja ". Obično se klasificira i prema razini sofisticiranosti i prema vrsti uređaja u kojem se nalazi.

Firmver niske razine

Niskorazinski firmver je najuže povezan s hardverom . Pokreće se odmah nakon uključivanja i obično se nalazi u ROM-u ili visoko zaštićenoj memoriji koja se ne može lako prepisivati. Njegov je zadatak osigurati da se kritične komponente otkriju i minimalno konfiguriraju kako bi se sve ostalo moglo pokrenuti.

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

Visokorazinski firmver

Firmware visoke razine radi iznad firmwarea niske razine i obavlja složenije funkcije : napredne izbornike za konfiguraciju, grafička sučelja, upravljanje mrežom itd. Obično se pohranjuje u flash memoriji s mogućnošću ponovnog pisanja, što omogućuje relativno česta ažuriranja.

Firmver podsustava ili uređaja

U složenim sustavima, mnoge unutarnje komponente imaju vlastiti zasebni firmware . To se naziva firmware podsustava : radi poluneovisno od glavnog firmwarea sustava.

• Grafičke kartice s vlastitim BIOS-om.
• RAID kontroleri ili skladištenje.
• WiFi ili Bluetooth moduli integriran u prijenosno računalo.
• SSD diskovi s firmwareom odgovornim za upravljanje memorijskim ćelijama, predmemorijama i ispravljanje pogrešaka.

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

BIOS, EFI i UEFI: Firmware za računalo

U stolnim i prijenosnim računalima, BIOS (Basic Input/Output System) je bio najznačajniji firmware . Desetljećima se nalazio na čipu na matičnoj ploči i bio je odgovoran za:

• Izvršite POST i otkriti kvarove memorije ili procesora.
• Prepoznavanje tipkovnica, diskova, kartica i druge osnovne periferije.
• Učitajte upravitelj pokretanja s diska, USB pogona ili instalacijskog medija.

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

• Omogućuje grafička sučelja s mišem.
• Podržava velike diskove, moderne particije i sigurno pokretanje..
• Nudi napredne opcije upravljanje energijom, sigurnost i dijagnostika.

U svijetu Maca, Apple je također prije nekoliko godina prešao na EFI/UEFI , a to je standard na modernim poslužiteljima i radnim stanicama. Iz samog UEFI izbornika možete ažurirati firmware matične ploče, konfigurirati lozinke za pokretanje ili omogućiti značajke poput TPM-a za šifriranje diska.

Firmware 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 je to neovisno o Androidu ili iOS-u, iako radi koordinirano.

U području Interneta stvari (IoT) , svaki senzor, žarulja, pametna utičnica ili IP kamera uključuje vlastiti firmware odgovoran za povezivanje s WiFi-jem, komunikaciju s proizvođačevim oblakom i izvršavanje naredbi (uključivanje, isključivanje, mjerenje, slanje podataka itd.).

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

Zašto je toliko važno ažurirati firmware?

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

Poboljšanja stabilnosti i kompatibilnosti

Tijekom vremena, u originalnom firmwareu se otkrivaju greške : problemi s kompatibilnošću s određenim hardverom, rušenja u određenim situacijama, neuspjesi ponovnog pokretanja iz stanja mirovanja itd. Proizvođači ispravljaju te greške u novim verzijama.

Ažuriranje može spriječiti nasumična ponovna pokretanja, rušenja ili drugo neobično ponašanje na računalima, usmjerivačima, kamerama i IoT uređajima. U nekim slučajevima to je jedini način da komponenta ispravno radi s novim operativnim sustavom.

Sigurnost: najosjetljiviji aspekt firmvera

Firmware je vrlo atraktivna površina za napad kibernetičkih kriminalaca . Ako uspiju ubrizgati zlonamjerni kod tamo, postižu ogromnu perzistenciju : čak i ako formatirate računalo, ponovno instalirate operativni sustav ili vratite mobilni uređaj u tvorničke postavke, zlonamjerni softver može ostati aktivan u tom dubokom sloju.

Postoje prijetnje poput firmware rootkitova , koji se skrivaju u BIOS-u/UEFI-ju ili u firmwareu diskova i uređaja. Iznimno ih je teško otkriti, čak i za napredni antivirusni softver, jer se izvode prije i u pozadini sustava.

Nadalje, proizvođači često nisu davali prioritet sigurnosti u tim slojevima tijekom svojih početnih dizajna: nedostatak digitalnih potpisa, slabe validacije, odsutnost mehanizama zaštite od pisanja itd. To se mijenja, ali još uvijek postoji mnogo ranjivog firmvera u usmjerivačima, 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, manipuliranje radom uređaja ili otvaranje stražnjih vrata prema cijeloj mreži.

Performanse i nove značajke

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

Čak i uređaji koji izgledaju "staro" mogu se osvježiti dobrim ažuriranjem: jedinica za pohranu koja prestaje davati greške, usmjerivač koji dobiva na stabilnosti i brzini, matična ploča koja sada podržava novu obitelj procesora unutar onoga što je fizički moguće itd.

Rizici, prijevare i modificirani firmver

Ažuriranje firmvera nije bez rizika , a postoji i cijeli svijet modificiranih firmvera, i legitimnih i otvoreno lažnih.

Opasnost od kvara tijekom ažuriranja

Najkritičniji trenutak je sam proces fleširanja . Dok se novi firmware zapisuje u memoriju, ako nestane struje, uređaj se isključi ili se proces prekine iz bilo kojeg razloga, uređaj će vjerojatno postati neupotrebljiv.

Zato se uvijek preporučuje flashanje sa stabilnim napajanjem (izbjegavajte slabe baterije, prijenosna računala 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 uvjetima.

Obmanjujući firmver i prijevare

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

• Jeftini SSD-ovi ili USB pogoni koji "tvrde" da imaju 1 TB ili 2 TB Zapravo imaju 32 ili 64 GB. Firmware prijavljuje lažni kapacitet, ali pisanje izvan stvarnog kapaciteta oštećuje podatke.
• Grafičke kartice niže klase prerušene u modele više klasegdje firmware prijavljuje naziv ili frekvencije koje ne odgovaraju čipu.

Ove vrste proizvoda uglavnom se nalaze na međunarodnim prodajnim platformama , u sumnjivim trgovinama ili na tržištima rabljene robe. Alati za testiranje kapaciteta i performansi mogu razotkriti obmanu uspoređujući ono što firmver tvrdi s onim što hardver zapravo može učiniti.

Neslužbeni firmwarei i alternativni projekti

S druge strane, postoje neslužbeni firmwarei koje su kreirale zajednice i neovisni programeri , a koji su u mnogim slučajevima potpuno legitimni i pružaju dodatne značajke:

• OpenWRT, DD-WRT ili Tomato za ruterekoji dodaju napredne opcije koje mnogi proizvođači ne nude.
• Alternativni firmware za glazbene playere, kamere ili igraće konzolekoji omogućuju korištenje dodatnih kodeka, snimanje u RAW formatu, pokretanje homebrew softvera itd.

Problem je što fleširanje ove vrste firmvera uvijek nosi rizik , a na nekim uređajima može poništiti jamstvo ili prekršiti uvjete pružanja usluge. Nadalje, ako preuzimate s nepouzdanih stranica, mogli biste se zaraziti zlonamjernim softverom kao bonusom.

Kako sigurno ažurirati firmver

Svaka vrsta uređaja ima svoj postupak ažuriranja , ali postoji niz općih smjernica kojih se treba pridržavati kako bi se rizici sveli na najmanju moguću mjeru.

Osnovni koraci i najbolje prakse

• Identificirajte točan model i trenutnu verziju firmvera uređaja. Obično se nalazi u izbornicima postavki (na usmjerivačima, kamerama, pametnim televizorima itd.) ili u alatima proizvođača na računalima i mobilnim uređajima.
• Preuzmite firmware 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 prijenosna računala, punjač neka bude uključen u utičnicu; za stolna računala, izbjegavajte to činiti tijekom 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 prikazuje traka napretka, budite strpljivi čak i ako se čini da se zamrzne na nekoliko sekundi.

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

U modernim stolnim računalima i prijenosnim računalima , matične ploče s UEFI-jem obično uključuju ugrađene uslužne programe za pretraživanje i primjenu novih verzija povezivanjem s internetom ili omogućuju flashanje s USB pogona s preuzetom datotekom.

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

Grafičke kartice, slušalice, mehaničke tipkovnice i ostali periferni uređaji također sve više uključuju vlastiti uslužni program za konfiguraciju, iz kojeg se može učitati novi firmware radi poboljšanja kompatibilnosti, ispravljanja grešaka ili dodavanja značajki.

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

Sigurnost firmvera: napadi i obrana

Sigurnost firmvera postala je središnje pitanje , posebno s porastom broja povezanih uređaja (IoT) i kamera, usmjerivača i senzora u domovima i tvrtkama.

Kakvi su napadi na firmware?

Napad na firmware u osnovi uključuje prepisivanje ili mijenjanje ugrađenog koda tako da se uređaj ponaša u skladu s interesima napadača. To je vrsta hakiranja vrlo niske razine.

Posljedice mogu varirati od onesposobljavanja uređaja do korištenja kao pristupnika mreži, instaliranja ransomwarea, špijuniranja komunikacija ili krađe podataka. Budući da je zlonamjerni softver tako duboko ugrađen, preživi formatiranje, vraćanje sustava, pa čak i zamjenu tvrdog diska.

Sigurnosne kamere, operatorski usmjerivači, video rekorderi, industrijski senzori i sustavi kućne automatizacije česte su mete jer ranjivi firmver omogućuje napadačima da preuzmu kontrolu nad cijelom povezanom infrastrukturom.

Kako napad dolazi do uređaja

Tipični ulazni putevi su :

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

Obrambene mjere uključuju stalno ažuriranje firmvera , promjenu zadanih ključeva, segmentaciju mreža kad god je to moguće i izbjegavanje flashanja datoteka iz sumnjivih izvora pod svaku cijenu.

Profesionalno upravljanje firmwareom i IT održavanje

U poduzeću, upravljanje firmverom više nije jednokratni zadatak, već dio kontinuiranog IT održavanja . Svaki poslužitelj, sklopka, usmjerivač, vatrozid, uređaj za pohranu, radna stanica i IoT uređaj ima vlastiti ekosustav firmvera koji može zahtijevati redovita ažuriranja.

Dobra je praksa voditi detaljan popis modela, verzija firmvera i datuma posljednjeg ažuriranja, uz jasan postupak za testiranje novih verzija u testnim okruženjima prije njihovog puštanja u produkciju.

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

Ignoriranje firmvera u sigurnosnoj strategiji ostavlja vrata otvorena 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 će uređaji bolje raditi, trajati dulje i biti puno manje izloženi teško rješivim sigurnosnim prijetnjama.