Proprietäre Firmware birgt potenziell Gefahren. Wir stellen mit Libreboot ein Projekt für komplett freie Systeme vor.

Freie Betriebssysteme und freie Applikationen gewähren Nutzern im Vergleich zu proprietärer Software ein Plus an Unabhängigkeit und Flexibilität. Doch selbst beim Einsatz von ausschließlich mit freier Software bestückten Computersystemen ist in aller Regel proprietäre Firmware mit an Bord, die sich unter Umständen als ein erhebliches Sicherheitsrisiko erweist.

So stehen BIOS- und UEFI-Implementationen, ohne die kein Computersystem läuft, generell nicht unter einer freien Lizenz. Darüber hinaus ist die in neuerer Hardware ab dem Jahr 2008 integrierte Management-Engine von Intel den Verfechtern komplett freier Systeme ein Dorn im Auge: Neben diversen Optionen für die Konfiguration der Hardware gestattet sie den Zugriff aus der Ferne. Eine weitere Schwachstelle für vorsichtige Naturen mit hohem Sicherheitsbedürfnis stellen Microcode-Updates dar, die den Microcode der CPU verbessern sollen.

Findige Entwickler haben aus all diesen Gründen damit begonnen, noch verbliebene unfreie Komponenten in Computersystemen durch freie Alternativen zu ersetzen, und bieten inzwischen auch Komplettsysteme ohne proprietäre Firmware an.

Mitspieler

In den letzten Jahren entstanden international mehrere kleine Unternehmen, die mithilfe freier BIOS-Implementationen, durch das Deaktivieren weiterer proprietärer Firmware-Elemente sowie durch Austausch von Komponenten mit Closed-Source-Firmware die letzten unfreien Bestandteile aus der Hardware entfernen. Bedingt durch die äußerst aufwendige Prozedur kommen dazu meist in großen Stückzahlen verkaufte Rechner älterer Bauart zum Einsatz, die man technisch entsprechend modifiziert und anschließend mit Händlergarantie wieder verkauft.

Nahezu alle diese Unternehmen bieten neben wenigen Desktop- und Server-Systemen primär Notebooks des Herstellers Lenovo an. Es finden sich dabei fast nur Thinkpads der Baureihen X200, T400 und T500 im Programm, die der Hersteller zwischen 2008 und Mitte 2010 produziert hat. Sie basieren auf Core-2-Duo-Prozessoren der “Penryn”-Architektur, die zwar über zwei Kerne verfügen, denen jedoch leistungssteigernde Merkmale wie Turboboost und Hyper-Threading fehlen.

Für Office- und Internet-Anwendungen genügt die Performance dieser Geräte vollauf, anspruchsvolle Aufgaben wie CAD-Applikationen oder das Video-Transcoding allerdings bringen die Hardware an ihre Leistungsgrenzen. Viele der modifizierten Lenovo-Notebooks besitzen eine Zertifizierung der Free Software Foundation (FSF), da auf ihnen die Coreboot-Distribution Libreboot das BIOS ersetzt und sich daneben weitere proprietäre Elemente komplett entfernen lassen. Als Betriebssystem kommt Trisquel Linux oder alternativ das auf Fedora aufsetzende Qubes OS zum Einsatz.

Einen ganz anderen Weg beschreitet der US-Anbieter Purism: Das Unternehmen tritt selbst als Notebook-Hersteller auf. Die Eigenentwicklungen basieren auf aktueller Hardware, das Unternehmen stattet die Geräte mit Coreboot statt eines proprietären BIOS aus. Andere Closed-Source-Elemente entfernt Purism ebenfalls: So kommen in den Librem-Notebooks der Firma ausschließlich WLAN-Karten mit Atheros-Chipsätzen zum Einsatz. Zusätzlich zum Coreboot-BIOS nutzt Purism als Standardbetriebssystem das von Debian abgeleitete Pure OS und ebenfalls Qubes OS.

Dass Bedarf für diese Geschäftsidee besteht, zeigt die Kapitalisierung des Unternehmens: Purism erhielt im Rahmen eines Crowdfundings rund 2,5 Millionen US-Dollar als Geschäftskapital. Das ermöglichte es dem Unternehmen, sein ursprüngliches Konzept von Built-to-Order zu modifizieren und nun die angebotenen Notebooks ab Lager zu verkaufen – monatelange Lieferzeiten entfallen.

Libreboot

Das BIOS respektive in neueren Systemen dessen Nachfolger UEFI bilden ein zentrales Element jedes herkömmlichen Computersystems. Da es sich bei beiden stets um Closed-Source-Software handelt, gründete sich im Dezember 2013 in Großbritannien das Projekt Libreboot, mit dem Ziel, das BIOS sowie das Video-BIOS gängiger GPUs mithilfe von Reverse Engineering durch freie Komponenten zu ersetzen.

Bei dem in C und Assembler geschriebenen Libreboot handelt es sich um ein Derivat des bekannteren Coreboot ohne dessen proprietäre Firmware-Blobs. Dabei arbeiten die Libreboot-Programmierer nicht gegen das Ursprungsprojekt, sondern nehmen an dessen Entwicklung durch Patches und vereinfachten Installationsprozessen regen Anteil.

Libreboot wurde zeitgleich auf mehreren Server- und Desktop-Systemen mit Standardkomponenten sowie in einigen Notebooks implementiert. Da dafür umfangreiche Anpassungen für den jeweiligen Chipsatz und das genutzte Motherboard nötig waren, läuft die Software bislang nur auf einer eingeschränkten Anzahl dieser Komponenten. Der weltweite Vertrieb der Geräte liegt beim englischen Unternehmen Minifree aus Canvey Island in Essex.

Minifree

Das im Dezember 2014 von der damals 23 Jahre alten Leah Rowe gegründete Unternehmen Minifree Ltd. dient nicht nur dem Verkauf der mit Libreboot modifizierten Computer, sondern trägt darüber hinaus maßgeblich zur Finanzierung der Coreboot-Distribution bei. Zudem bezahlt es aus den Gewinnen zusätzliche Entwickler, die Libreboot auf neue Hardware portieren.

Minifree bietet je nach Verfügbarkeit frei konfigurierbare Server- und Desktop-Systeme, Notebooks sowie Zubehör an. Bei den Geräten handelt es sich größtenteils um Systeme älterer Prozessorgenerationen, da der speziell bei Laptops sehr hohe Aufwand für die Implementation von Libreboot nur begrenzte Modifikationen erlaubt.

Dabei passen die Entwickler neben dem eigentlichen BIOS zusätzlich die Embedded Controller an, entfernen die Management-Engine von Intel oder das Pendant Secure Processor von AMD. Zusätzlich ersetzen sie problematische Netzwerk-Hardware durch Komponenten, die ohne proprietäre Firmware auskommen. Hier kommen dann Komponenten von Qualcomm/Atheros zum Einsatz.

Nach der Modifikation sind die Computersysteme völlig frei von Closed-Source-Software, sodass eine Distribution, die auf proprietäre Binär-Blobs verzichtet und keine gesonderte Firmware für den Betrieb einiger Hardware-Komponenten benötigt, ohne funktionelle Einbußen läuft.

Bei den derzeit von Minifree angebotenen und von der Free Software Foundation unter dem Programm “Respects Your Freedom” zertifizierten Notebooks des Typs Lenovo Thinkpad T400 handelt es sich also um komplett freie Systeme. Sie gehen mit einer zweijährigen Garantie zu Preisen zwischen knapp 240 und gut 630 Euro über den Ladentisch [1], zuzüglich anfallender Versandkosten.

Das Betriebssystem

Minifree stattet seine Geräte vorinstalliert mit Trisquel Linux aus, einem Ubuntu-Derivat, aus dem die Entwickler jegliche unfreien Bestandteile entfernt haben [2]. Das System hebt sich zudem optisch markant von Ubuntu ab: Anstelle der schummrigen Braun- und Lila-Töne im Original dominiert frisches Blau und Grün, wobei Anwendungsfenster mit 3D-Effekten in hellen Grautönen ebenfalls freundlicher wirken als bei Ubuntu (Abbildung 1).

Abbildung 1: Frisch und freundlich wirkt der Desktop von Trisquel Linux.

Das aus Spanien stammende Trisquel Linux erhielt zudem von der Free Software Foundation (FSF) das Siegel als vollkommen freies Betriebssystem. Minifree liefert nicht nur den kompletten, fast 5 GByte umfassenden Quellcode des Ubuntu-Derivats mit, sondern auch die Sourcen von Libreboot mit mehreren Hundert MByte Größe.

Das Testgerät

Wir bestellten bei der Minifree Ltd. ein Lenovo Thinkpad T400 mit vorinstalliertem Trisquel Linux und dem freien BIOS. Bereits drei Tage nach der Bestellung kam ein für ein 14-Zoll-Notebook unerwartet großes Paket an. Neben dem Thinkpad samt zugehörigem Netzgerät enthält das Paket ein Patch-Kabel sowie zwei Stromkabel, wobei eines einen Schuko-Stecker und das andere den britischen dreipoligen Anschluss mit eingebauter Sicherung aufwies.

Das Thinkpad T400 verfügt über ein 14-Zoll-Display im 16:10-Formfaktor mit einer Auflösung von 1280×800 Pixeln. Als Prozessor kommt ein Core 2 Duo der “Penryn”-Generation in der Energiesparvariante zum Einsatz. Er verfügt über zwei Kerne und arbeitet mit 2,4 GHz maximaler Taktfrequenz. Ihm stehen 4 GByte Arbeitsspeicher und eine 160 GByte große, herkömmliche SATA-Festplatte zur Seite. Der mitgelieferte Akku erlaubt aufgrund der recht hohen Kapazität ein mobiles Arbeiten von bis zu sechs Stunden Dauer.

Obwohl unser Test-Notebook im Mai 2009 entstand und somit schon über acht Jahre alt ist, wirkt es äußerlich nahezu neuwertig. Der positive Eindruck der Hardware bestätigte sich anschließend beim Auslesen der Parameter der noch versiegelten Festplatte: Das Testsystem war gerade einmal knapp 7100 Betriebsstunden im Einsatz – für einen Computer dieses Alters ungewöhnlich wenig. Die originale deutsche Tastatur weist, ebenso wie das Gehäuse selbst, selbst bei genauem Hinsehen keine erkennbaren Gebrauchsspuren auf. Minifree legt dem Gerät zudem eine zweiseitige Kurzanleitung bei, aus der die in Trisquel Linux vergebenen Daten zum Authentifizieren hervorgehen.

Neben dem freien BIOS und der VBIOS-Modifikation weist das Gerät noch eine weitere Besonderheit auf: Eine entsprechende Komponente von Atheros ersetzt die originale WLAN-Karte des Geräts, da dieser Hersteller im Gegensatz zu Intel keine proprietäre Firmware in seine WLAN-Karten implementiert (Abbildung 2).

Abbildung 2: Das T400 von Minifree kam im fast neuen Zustand in unserem Testlabor an.

Nach dem Einschalten überrascht das rasante Tempo beim Hochfahren des Geräts. Das Libreboot-BIOS zeigt zwar kein Thinkpad-Logo, arbeitet jedoch im Vergleich zum Lenovo-BIOS signifikant schneller. Auch Trisquel Linux kommt mit erheblich weniger Zeit zum Start aus als andere Distributionen auf Computern mit “Penryn-CPU” und herkömmlichen Festplatten.

Ungewohnt

Anders als bei Rechnern mit herkömmlichem BIOS oder UEFI gibt es keine Möglichkeit, aus der Firmware heraus beim Start einen Dialog aufzurufen, in dem man etwa die Boot-Reihenfolge bestimmen oder BIOS-Einstellungen modifizieren kann. Stattdessen öffnet sich direkt ein Grub-Auswahlmenü. Darin dürfen Sie wählen, von welchem Medium der Rechner hochfährt.

Dabei besteht die Möglichkeit, die gewünschte Option über einen Hotkey auszuwählen. Als wichtigste fungieren hier [O]+ zum Start des installierten Trisquel mit verschlüsselter Festplatte, [U]+ für den Start eines per USB-Bus angeschlossenen Speichermediums, [D]+ für das Hochfahren des Systems von optischen Datenträgern und [S] zur Suche einer Grub2-Konfiguration auf einem externen Datenträger. Zum Herunterfahren des Systems gibt es außerdem die Option Poweroff [p], zum Neustart den Punkt Reboot [r].

Im Test schlugen die Boot-Optionen jedoch in vielen Fällen fehl: So ließen sich auf verschiedenen USB-Medien abgelegte Distributionen auf dem Libreboot-Gerät nicht starten. Auf zwei Notebooks von Fujitsu-Siemens und Hewlett-Packard mit unfreiem BIOS dagegen gelang das vom gleichen Medien problemlos. LU-Heft-DVDs verweigerten grundsätzlich die Zusammenarbeit, während manuell aus ISO-Images gebrannte CDs und DVDs problemlos als Boot-Medium funktionierten.

Für solche Fälle beschreibt jedoch das Libreboot-Projekt in seiner ausführlichen Dokumentation Optionen zum manuellen Start externer Datenträger. Dabei empfehlen die Entwickler, ISO-Images mithilfe von Dd> auf Datenträger wie USB-Speicher zu transferieren (Listing 1). Entsprechend bereiteten wir mehrere USB-Sticks verschiedener Bauart mit unterschiedlichen Distributionen vor. Dabei starteten alle manuell angelegten Flash-Sticks problemlos. Mit Tools wie Unetbootin oder dem ROSA Image Writer erstellte Medien versagten dagegen den Dienst.

$ dd if=/Image> of=/dev/Gerätename bs=4M; sync

Positiv stach beim Booten von den Wechseldatenträgern die im Vergleich zu herkömmlichen Rechnern deutlich verkürzte Startzeit auf. Im Testbetrieb gab es zudem keinerlei Probleme mit Hardware-Komponenten. Selbst das modifizierte VBIOS des Thinkpad T400 verursachte unter den verschiedenen getesteten Distributionen keinerlei Probleme (Abbildung 3).

Abbildung 3: Selbst Videos laufen unter Trisquel Linux problemlos.

Schwachpunkte

Erwartungsgemäß zeigt das “befreite” Thinkpad T400 in Kombination mit Trisquel Linux dort Schwächen, wo Entwickler proprietäre Blobs und Firmware noch nicht durch freie Komponenten ersetzt haben. Das betrifft vor allem WWAN-Geräte, die sich in Gestalt von Cardbus-Steckkarten nicht zur Mitarbeit bewegen ließen. Angesichts von vielen Tausend am Markt erhältlichen Bauteilen und Geräten erstaunt wenig, dass ein kleines Projekt wie Libreboot nicht in der Lage ist, alle diese Komponenten mit komplett freier Firmware auszustatten.

Unfreie Software-Codecs, die in Trisquel Linux komplett fehlen, jedoch für das Abspielen bestimmter multimedialer Inhalte nötig sind, schmälern ebenfalls die Einsatzmöglichkeiten. Dennoch gibt sich das Komplettsystem mit mehr als 47?000 aus den Ubuntu-Repositories installierbaren Paketen voll tauglich für den Alltag (Abbildung 4).

Abbildung 4: Dank Ubuntus Software-Repositories kommen nahezu alle Anwender auf ihre Kosten.

Fazit

Freie Software bewährt sich offensichtlich auch dann, wenn sie hardwarespezifische proprietäre Firmware ersetzt: Libreboot verleiht selbst betagteren Geräten noch einmal Flügel und beeinflusst das Verhalten des Systems deutlich positiv. Die Thinkpad-T400-Systeme von Minifree eignen sich dank sorgfältiger Programmierung und Konfiguration bestens für den harten Einsatz im Alltag. Es bleibt zu hoffen, dass das Entwicklerteam um Leah Rowe zukünftig mehr Unterstützung beim Portieren von Libreboot auf neue Hardware erhält.