UEFI: долгожданный наследник BIOS и заклятый друг Linux

Разработанная свыше тридцати лет назад для персональных компьютеров IBM PC, система BIOS (или «базовая система ввода-вывода») уже лет пятнадцать как считается реликтом древней эпохи. Жизнь, однако, распорядилась так, что подходящих альтернатив не находилось очень долго. Лишь теперь сложились подходящие обстоятельства и, соответственно, пошли разговоры, что BIOS наконец-то начинает сдавать свои доминирующие позиции.

На ее место приходит система UEFI, комплекс спецификаций, появившийся как «загрузочная инициатива Интел» (Intel Boot Initiative) в далеком уже 1998 году. Причиной рождения инициативы послужило то, что ограничения, обусловленные BIOS, стали ощутимо тормозить прогресс вычислительных систем на основе новейших в ту пору интеловских процессоров Itanium. Несколько позже эта же инициатива стала называться EFI, а в 2005 году корпорация подарила свою разработку специально созданному под нее консорциуму UEFI Forum, главными членами которого стали — помимо Intel — такие зубры IT-индустрии, как AMD, Apple, IBM, Microsoft и ряд других.

Логотип UEFI уже сейчас можно встретить на упаковке материнских плат

Не самая благозвучная аббревиатура UEFI расшифровывается как Unified Extensible Firmware Interface и представляет собой весьма радикальное преобразование традиционной для компьютеров процедуры загрузки. Точнее, перемены настолько глубоки, что UEFI не имеет с системой PC BIOS практически ничего общего.

В то время как BIOS по сути своей является весьма жестким и фактически неизменным по содержанию кодом прошивки специального BIOS-чипа, система UEFI — скорее гибко программируемый интерфейс. А расположен этот интерфейс поверх всех аппаратных компонентов компьютера с их собственными прошивками-микрокодами. В отличие от загрузочного кода BIOS, который всегда жестко прошит в соответствующем чипе на системной плате, куда более обширные по размеру коды UEFI находятся в специальной директории /EFI/, место физического расположения которой может быть самым разнообразным — от микросхемы памяти на плате или раздела на жестком диске компьютера и до внешнего сетевого хранилища.

В результате столь гибкого подхода система UEFI становится чем-то вроде сильно облегченной, но вполне самостоятельной операционной системы. То есть, по сути дела, в компьютере сначала загружается система UEFI, под ее управлением выполняется произвольный набор нужных действий, а затем уже запускается загрузка собственно операционной системы (из этого, кстати, совершенно не следует, что процесс загрузки становится более длительным. Скорее даже наоборот, заранее гибко настроенная конфигурация системы способна грузиться ощутимо быстрее).

UEFI, что и говорить, по сравнению с классическими BIOS выглядит гораздо красивее и понятнее для нормальных людей

Еще более усиливая сходство с ОС, спецификации UEFI включают в себя не только загрузочные, тестовые и рабочие сервисы, но также протоколы коммуникаций, драйверы устройств (UEFI изначально разрабатывалась для работы вне зависимости от операционных систем), функциональные расширения и даже собственную EFI-оболочку, из-под которой можно запускать собственные EFI-приложения. А уже поверх всего этого хозяйства расположен собственно загрузчик, отвечающий за запуск на компьютере основной операционной системы (или нескольких систем).

Хотя UEFI иногда называют псевдо-ОС, она, тем не менее, способна сама получать доступ ко всему аппаратному обеспечению компьютера. То есть уже на уровне UEFI вполне возможно, к примеру, выходить в Интернет или организовывать резервное копирование жестких дисков, причем делать это все в условиях полноценного графического интерфейса под привычным мышиным управлением.

Тот факт, что все эти расширенные загрузочные данные хранятся во вместительной флеш-памяти или на жестком диске, попутно означает, что там же имеется намного больше пространства для таких вещей, как языковая локализация системы, развитая система диагностики на этапе загрузки, полезные утилиты (типа архивации, восстановления после сбоя, сканирования на вирусное заражение) и так далее.

Полностью построенная на основе программного кода, UEFI действительно стала объединенной кросс-платформенной системой. Уже сегодня спецификации UEFI предусмотрены в работе почти любой комбинации чипов с 32- и 64-битной архитектурой, выпускаемых AMD, Intel и многочисленными лицензиатами ARM. Единственное, что требуется для обеспечения этой универсальности, это скомпилировать исходный код под требования каждой конкретной платформы.

UEFI уже сейчас вовсю используется в топовых материнских платах крупных производителей, а к концу следующего года найти свежую модель с «просто BIOS» станет практически невозможно

Помимо внушительного множества расширяемых возможностей, реализуемых благодаря гибкому и продвинутому интерфейсу, система UEFI также определяет несколько стандартных особенностей, которые должны быть реализованы в работающем под ней компьютере. В частности, среди таких стандартно обеспечиваемых возможностей упоминаются «безопасная загрузка» (secure boot, о чем в подробностях далее), низкоуровневая криптография, сетевая аутентификация, универсальные графические драйверы и еще немало чего другого...

В принципе, в каждой из основных на сегодня операционных систем (Windows, OS X, Linux) уже имеется поддержка загрузки через UEFI. Но следует также отметить, что пока UEFI все еще является очень молодой системой и реально очень немногие ОС пользуются всеми ее преимуществами, перечисленными выше.

Linux определенно поддерживает UEFI, однако это скорее поверхностное знакомство, чем эффективное партнерство. Система Mac OS X продвинулась несколько дальше и отчасти использует UEFI со своим загрузочным менеджером Bootcamp. В линейке Microsoft реальная поддержка UEFI появится в Windows 8, и когда она будет запущена в 2012 году, эта операционная система, вероятно, станет первой из «главных» ОС, где будут весьма интенсивно задействованы преимущества UEFI, включая функции восстановления, обновления, безопасной загрузки и, вполне возможно, что-то еще.

Случилось так, что именно этот первый, действительно крупномасштабный проект Microsoft на основе UEFI породил и первую заметную проблему вокруг новой системы.

⇡#Мягкое выдавливание конкурентов

В сентябре компьютерное сообщество взбудоражила новость о том, что корпорация Microsoft станет требовать поддержки безопасной загрузки UEFI от систем, официально сертифицированных под Windows 8. Вроде бы ничего страшного, но такой подход может с очень большой вероятностью привести к полному блокированию загрузки ОС Linux на Windows-сертифицированных системах.

Кое-где угроза была воспринята настолько серьезно, что, например, в Австралии Linux-сообщество тут же запустило процедуру подачи официальной жалобы в ACCC, Австралийскую комиссию по честной конкуренции и правам потребителей.

Однако, как говорят сведущие в технических и юридических тонкостях специалисты, именно из этого разбирательства Microsoft практически наверняка сумеет выбраться без всяких проблем. Просто потому, что в описании процесса безопасной загрузки UEFI или, точнее, в словах о необходимости такого процесса корпорацией не упоминаются иные операционные системы. Суть проблемы, с которой сражается Microsoft (очень тщательно и аккуратно подбирая выражения), — это борьба с вредоносными кодами, а безопасная загрузка тем и хороша для работы Windows, что такой процесс перекрывает еще один опасный канал для проникновения вредоносных программ.

Есть ощущение, что с выходом Windows 8 увидеть на экране какой-то другой интерфейс станет посложнее. По крайней мере, для людей, не умеющих собирать компьютеры самостоятельно

Иначе говоря, в процессе обсуждения столь сложной и разветвленной системы, как UEFI, среди спорящих неизбежно возникает путаница относительно того, почему переход на более современную и, кажется, полезную технологию вызывает столь неоднозначную реакцию. Что же, давайте разберемся.

Начиналось все так. В конце сентября один из ведущих разработчиков дистрибутива Red Hat Мэтью Гаррет (Matthew Garrett) в своем блоге отметил, что, согласно новым правилам относительно присвоения машинам логотипа «Windows 8», все компьютеры, совместимые с этой ОС, должны будут иметь для загрузки уровень UEFI вместо устаревшего уровня BIOS.

Причем речь шла не просто о любом уровне спецификаций UEFI (реализованных в разных версиях достаточно давно), а конкретно о безопасном UEFI. Что означает более жесткий контроль за процессом загрузки системы. Конкретнее, это ужесточение означает то, что «все микрокоды прошивки и программное обеспечение, участвующее в процессе загрузки, должны быть криптографически подписаны доверяемым органом сертификации (CA)» — согласно слайдам презентации о загрузочном процессе UEFI в одном из официальных докладов Ари ван дер Ховена (Arie van der Hoeven), главного менеджера программ Microsoft (здесь, наверное, стоит привести и английскую версию названия этой почти непереводимой должности, Principal Program Manager Lead. — прим. редакции).

Именно этот момент — безопасная загрузка — ставит Linux в довольно непростую ситуацию. Потому что он означает, что теперь для «загружаемости» на одной из всех таких «Windows 8»-одобренных машин соответствующий дистрибутив Linux должен иметь сертифицированные криптоключи от конкретного изготовителя компьютера. С чисто технической точки зрения, как пояснил Гаррет в одном из следующих блог-постов, это означает, что на получение такого рода ключей разработчикам любого Linux-дистрибутива потребуется убить порядка недели на переговоры-соглашения с каждым из производителей железа индивидуально.

Судя по всему, коварство Microsoft всерьез потрясло Мэтью Гаррета, так что на всех новых фотографиях он выглядит одинаково удивленным

Ну, к словесным баталиям деятелям мира Linux не привыкать. Однако процедура оказывается чрезвычайно запутанной и трудозатратной — даже для линуксоида со стажем — сразу в двух аспектах: юридическом и практическом.

Во-первых, юридическая сторона. По свидетельству Гаррета, самый распространенный линуксовский загрузчик GRUB 2 лицензирован на условиях лицензии GPLv3. Это вроде бы может означать, что ключи должны быть предоставлены поставщиком вместе с исходным кодом программы. Однако в действительности это весьма мутный момент. Лицензия GPLv3 требует, чтобы ключи цифровой подписи выпускались, когда аппаратное обеспечение продается вместе с ПО, созданным под GPLv3 (и криптографически подписанным). Но если это же подписанное ПО просто используется на чьем-то еще аппаратном обеспечении, тогда ключи не требуются. И хотя уже это выглядит запутанно, ситуация еще более сложна, когда речь идет о GPLv2, лицензии для первоначального загрузчика GRUB (существенно отличающейся в своих требованиях от GPLv3). Для того чтобы полностью избавиться от всех этих юридических неясностей, Гаррет рекомендует просто использовать иной загрузчик, не связанный условиями лицензии GPL.

Вот только гарретовский рецепт, как бы сомнительно он ни выглядел, в реальности может оказаться еще опаснее. Процедура загрузки ОС — это один из сервисов, которые уже встроены в ядро Linux. А ядро этой ОС является кодом, работа с которым определяется лицензией GPLv2, причем ситуацию эту даже не собираются менять — из неких принципиальных соображений и несогласия с GPLv3.

Благодаря заботе Microsoft, многие дистрибутивы Linux могут окончательно утратить имидж user-friendly

И наконец, есть еще один — практический — аспект, о котором упоминает Гаррет. Кто именно будет заниматься тем, чтобы отслеживать и убеждать всех OEM-изготовителей компьютеров, чтобы они предоставляли соответствующие криптоключи, необходимые для безопасной загрузки Linux? Конечно же, многие компании предоставят такие ключи для Windows 8 — коль скоро они хотят иметь возможность продавать свои машины на новой операционной системе Microsoft. Однако в природе не существует никаких правил, которые диктовали бы им, что они обязаны предоставлять такие же ключи кому-то еще. И, учитывая долю рынка Linux, убедить их может оказаться делом непростым…

Между тем ни о какой нечестной конкуренции речи-то не идет. Официальные лица Microsoft уже вполне резонно парировали нападки линуксоидов тем, что с их стороны речь идет исключительно об укреплении безопасности в работе ОС Windows. И они никоим образом не пытаются влиять на то, как именно изготовители аппаратного обеспечения распоряжаются своими криптоключами. Microsoft никак не препятствует выдачам таких же ключей другим операционным системам. А если у индейцев возникают проблемы с третьей стороной, причем тут шериф?

Если пытаться судить объективно, позицию Microsoft здесь никак нельзя называть неправой. Просто реальная ситуация на рынке такова, что небольшого смещения акцентов под здравые, в общем, требования Microsoft оказалось достаточно, чтобы вся ответственность перенеслась на действия (точнее, вероятное бездействие) OEM-изготовителей.

Linux уверенно побеждает Windows только в творчестве фанатов. Если бы кому-то пришло в голову нарисовать истинное положение дел, картинка выглядела бы слишком шокирующе даже для нашего либерального портала

В финальных комментариях на данный счет Мэтью Гаррет говорит следующее: «Microsoft имеет возможности потребовать от поставщиков железа предоставления своих ключей. Их конкуренты таких возможностей не имеют. Всякая система, которая продается с ключами подписи только для Microsoft и никого другого, будет не способна выполнять безопасную загрузку любой операционной системы, отличающейся от Windows. Ни один другой поставщик ПО или аппаратного обеспечения не имеет такой же позиции власти над поставщиками железа. У Red Hat нет возможностей гарантировать, что каждый OEM обеспечит для этой ОС ключи подписи. Нет такой возможности у Canonical (ОС Ubuntu). Нет у Nvidia, или у AMD, или любого другого изготовителя компьютерных компонентов. В этой области влиятельность Microsoft даже больше, чем у корпорации Intel».

На рынке серверов ситуация с Linux будет совершенно не такой, как в продажах настольных систем. В серверном пространстве такие поставщики, как IBM, HP, и Dell, уже инвестировали слишком много и в Linux-системы вообще, и в облачные или виртуальные системы в частности, чтобы у Linux не появлялось никаких проблем с установкой на новых машинах.

Однако в мире настольных систем, где ныне почти никто из OEM не продает компьютеры с предустановленной Linux, совершенно неясно, какие стимулы могут быть у изготовителей железа для раздачи своих криптоключей всем этим разнообразным дистрибутивам Linux. Единственное, что можно прогнозировать наверняка, — Microsoft «разруливанием» данной проблемы заниматься не будет точно.

⇡#Другая сторона медали

Среди проблем, уже обозначившихся вокруг UEFI, есть одна особенная, очень важная для всех операционных платформ без исключения. Касается она защиты информации, а потому речь об этом удобно начать с мнения спецслужб и работающих на них специалистов.

В конце сентября в американском городе Орландо, штат Флорида, проходила специализированная выставка-конференция под названием NSA Trusted Computing, организованная Агентством национальной безопасности США.

Главный комплекс зданий Агентства национальной безопасности США. По всем признакам, людей там хватает

На этом мероприятии доклад об угрозах компьютерам со стороны BIOS и о путях укрепления защиты на этом направлении сделал Эндрю Регеншайд (Andrew Regenscheid), сотрудник подразделения компьютерной безопасности в составе NIST, американского Национального института стандартов и технологий. Именно это ведомство в тесном сотрудничестве с АНБ занимается подготовкой и изданием технических федеральных стандартов на защиту информации.

В апреле текущего года НИСТ выпустил специальный документ SP 800-47 с рекомендациями о том, каким образом производители компьютеров и использующие их структуры должны работать с BIOS для максимального предотвращения заражений и атак. Одним из главных соавторов данного документа и был Эндрю Регеншайд.

По свидетельству этого эксперта, несмотря на весьма ограниченную роль BIOS в современных компьютерах (где, как принято полагать, функции устаревшей системы сводятся лишь к загрузке ОС), реально BIOS на сегодняшний день представляет собой «нарастающий вектор угроз» для компьютеров и их пользователей. Ощутимый прогресс в защите операционных систем заставил злоумышленников изобретательно искать в компьютерах новые уязвимости. При этом специалисты, занимающиеся безопасностью, о BIOS долгое время забывали. А в совокупности все это стало означать, что креативные злодеи с заметным успехом ныне могут эксплуатировать уязвимости и в кодах прошивки микросхем.

Случаи атак через BIOS уже есть. Так, в начале сентября китайская антивирусная фирма обнаружила в компьютерах весьма опасный руткит, получивший название Mebromi, который успешно заражает своим шпионским компонентом память BIOS-чипов AWARD. Проникнув в BIOS и попутно подменяя MBR, главную загрузочную запись жесткого диска, эта вредоносная программа прописывается в машине так основательно, что удалить ее стандартными средствами не представляется возможным. Просто потому что антивирусные программы не занимаются лечением BIOS.

Как сказал об этом Регеншайд, «если злоумышленник способен проникать в BIOS и модифицировать его код, он получает возможности не только «убить» систему, не допуская ее загрузки, но и внедрить свое шпионское ПО на чрезвычайно высоких по привилегиям уровнях работы системы».

И вот теперь, существенно усложняя общий «ландшафт угроз» для компьютерной безопасности в аспектах BIOS, на сцене появляется UEFI BIOS. То есть следующее поколение системы, в своих спецификациях добавляющее множество новых возможностей как для администраторов и конечных пользователей, так и для злоумышленников.

Совершенно очевидно, что, в отличие от традиционных BIOS, система UEFI способна на много, много большее, чем просто процесс загрузки. Эндрю Регеншайд, в частности, в своем докладе особо подчеркнул набор рабочих сервисов, которые можно вызывать даже в таких условиях, когда основная ОС уже давно загружена и, как принято обычно считать, полностью управляет компьютером. Эта специфическая особенность, а также другие свойства UEFI BIOS, по свидетельству Регеншайда, очень ощутимо расширяют пространство возможных атак на систему.

В дополнение к этому, сказал докладчик, стандарт UEFI BIOS намного более подробно документирован, нежели предыдущие спецификации BIOS. Это, да в сочетании с тем, что систему UEFI понадобится обновлять через сеть куда более часто, чем BIOS, открывает широкий простор для создания и внедрения самых разнообразных вредительских и шпионских закладок.

Странная история получается, правда? С одной стороны, во имя безопасности происходит изменение правил игры, существенно осложняющее жизнь «маленьким» участникам. А с другой — уже сейчас, на старте, есть существенные сомнения в том, что этой самой безопасности всерьез прибавится.

Зато никому долго не будет скучно.