UEFI: Leis­tungs­fä­hi­ge Schnitt­stel­le für den PC-Start

Die Abkürzung UEFI steht für Unified Extensible Firmware Interface (dt.: Ver­ein­heit­lich­te er­wei­ter­ba­re Firmware-Schnitt­stel­le). Die spezielle Schnitt­stel­le ist eine Art Miniatur-Be­triebs­sys­tem, das un­mit­tel­bar nach dem Ein­schal­ten die Haupt­pla­ti­ne (Mainboard) des Computers und die damit ver­bun­de­nen Hardware-Kom­po­nen­ten in Betrieb nimmt. Sie sorgt dafür, dass ein be­son­de­res Start­pro­gramm (Boot­loa­der) in den Ar­beits­spei­cher geladen und dann weitere operative Routinen abwickeln kann. Üb­li­cher­wei­se endet dieser Prozess mit dem An­mel­de­screen. Der User gibt dort ge­for­der­te Daten ein (Be­nut­zer­na­me, Passwort), danach ist der Rechner für konkrete Aufgaben (Text­ver­ar­bei­tung etc.) nutzbar.

Um die UEFI-Schnitt­stel­le nutzen zu können, braucht der Rechner auf dem Mainboard eine besondere Firmware. Ihre Pro­gram­mie­rung generiert nach dem An­schal­ten des Rechners das UEFI-Interface als spezielle operative Ebene (Layer), die zwischen Firmware und Be­triebs­sys­tem ver­mit­telt. Damit der UEFI-Modus schon vor dem ei­gent­li­chen Start des Be­triebs­sys­tems in­itia­li­siert werden kann, wird er auf der Haupt­pla­ti­ne dauerhaft in einen Spei­cher­chip im­ple­men­tiert. Als fixer Be­stand­teil der Mainboard-Firmware bleibt die UEFI-Pro­gram­mie­rung also auch erhalten, wenn kein Strom fließt.

Für spe­zi­fi­sche boot­re­le­van­te Ein­stel­lun­gen (z. B. Kon­fi­gu­ra­ti­ons­da­ten, BIOS-Parameter wie Boot-Rei­hen­fol­ge), die nach dem Aus­schal­ten des PCs ge­spei­chert werden sollen, wird heute ein NVRAM (Non-Volatile Random-Access Memory) genutzt. Dessen extrem niedriger Strom­be­darf wird lang­fris­tig durch eine autonome Mainboard-Batterie (Knopf­zel­len-Batterie) gedeckt. Ist die Batterie etwa nach längerer Nicht­be­nut­zung eines PCs leer, kann es zu Start­pro­ble­men kommen.

Häufig wird UEFI als direkter BIOS-Nach­fol­ger be­zeich­net. Die UEFI-Spe­zi­fi­ka­ti­on definiert al­ler­dings nicht, wie eine Firmware in Gänze zu pro­gram­mie­ren ist. Sie be­schreibt lediglich, wie die Schnitt­stel­le zwischen Firmware und Be­triebs­sys­tem aussehen soll. Die UEFI-Spe­zi­fi­ka­ti­on schafft das tra­di­tio­nel­le Basic Input/Output System (BIOS) als grund­le­gen­de „Boot-Firmware“ eines Computers also nicht ab. Sie ist eher eine Er­wei­te­rung be­zie­hungs­wei­se eine moderne Mo­di­fi­ka­ti­on, die heutige Computer mithilfe einer ope­ra­ti­ven Schnitt­stel­le startet und dabei auch neue Me­cha­nis­men und Funk­tio­nen nutzt. Um die Varianten un­ter­schei­den zu können, spricht man heute auch häufiger vom Legacy-BIOS (klas­si­sches BIOS) und UEFI-BIOS bzw. UEFI-Firmware.

In der Windows-Welt ist der UEFI-Modus spä­tes­tens seit Windows 8 die stan­dard­mä­ßi­ge Boot-Methode. Ab dieser Version hat Windows die Fest­plat­ten­par­ti­tio­nie­rung via GUID-Par­ti­ti­ons­ta­bel­le als Standard definiert. Die tra­di­tio­nel­le Boot-Technik von Legacy-BIOS-Systemen, die an den Master Boot Record gebunden ist, funk­tio­niert mit dieser Par­ti­tio­nie­rungs­tech­nik nicht mehr. Die operative Einheit aus Unified Ex­ten­si­ble Firmware Interface und GPT-Par­ti­tio­nie­rung ebnet den Weg für neue Funk­tio­nen und Optionen und hebt zugleich einige Li­mi­tie­run­gen des klas­si­schen Boot­vor­gangs auf.

Zu den wich­tigs­ten Vorteilen und Funk­tio­nen der UEFI-Technik gehören:

• Kon­zep­ti­on als in­dus­tri­el­ler Standard
   
• Leicht pro­gram­mier­bar (Pro­gram­mier­spra­che C)
   
• Modularer Aufbau sorgt für Fle­xi­bi­li­tät und erlaubt An­pas­sun­gen an spezielle Hardware-Um­ge­bun­gen und An­for­de­rungs­pro­fi­le (z. B. können Support-Module für ältere Be­triebs­sys­te­me in die UEFI-Firmware in­te­griert werden)
   
• UEFI kann um spezielle Funk­tio­nen und Programme erweitert werden (z. B. Digital Rights Ma­nage­ment, Spiele, Web­brow­ser, Hardware-Mo­ni­to­ring, Lüf­ter­steue­rung)
   
• Bessere Be­dien­bar­keit durch Com­pu­ter­maus und grafische Be­dien­ober­flä­che (gab es in Ansätzen ver­ein­zelt auch schon beim klas­si­schen BIOS)
   
• In­te­grier­ter Boot­ma­na­ger, der ver­schie­de­ne Boot­loa­der für un­ter­schied­li­che Be­triebs­sys­te­me verwaltet
   
• Mög­lich­keit zur früh­zei­ti­gen In­te­gra­ti­on von Treibern (die dann nicht mehr das Be­triebs­sys­tem laden muss)
   
• Für die Diagnose und Feh­ler­su­che steht ein eigenes Kom­man­do­zei­len­werk­zeug zur Verfügung (UEFI-Shell)
   
• Netz­werk­fä­hig­kei­ten auch ohne aktives Be­triebs­sys­tem
   
• Netz­an­bin­dung er­mög­licht bei­spiels­wei­se Fern­war­tung (Remote-Upgrade von Firmware-Kom­po­nen­ten oder der ganzen Firmware) und das Booten übers Netzwerk
   
• Erhöhte Si­cher­heit durch Secure-Boot-Feature

Secure Boot wurde ein­ge­führt, um die Si­cher­heit zu erhöhen: Jede Software-Kom­po­nen­te (Teile der UEFI-Firmware, Boot­loa­der, Be­triebs­sys­tem­ker­nel usw.) wird ve­ri­fi­ziert, bevor sie gestartet wird. Für die Ve­ri­fi­zie­rung werden kryp­to­gra­fi­sche Si­gna­tu­ren her­an­ge­zo­gen, die zuvor in der Si­gna­tur­da­ten­bank der UEFI-Firmware hin­ter­legt wurden. Ist das Gegenüber durch Viren ma­ni­pu­liert oder besitzt es keine Signatur bzw. keinen als gültig ein­ge­tra­ge­nen „Key“ (Schlüssel), dann passiert es dieses „Si­cher­heits­tor“ nicht und das System bricht den Sys­tem­start ab.

In pro­fes­sio­nel­len Um­ge­bun­gen arbeitet Secure Boot häufiger mit einer spe­zi­el­len Hardware-Kom­po­nen­te zusammen: Das Trusted Platform Module (TPM) ist ein spe­zi­fi­zier­ter Chip, der Computer und andere Geräte mit weit­rei­chen­den Si­cher­heits­funk­tio­nen aus­stat­tet. Höchst­wahr­schein­lich wird die Kom­bi­na­ti­on von Secure Boot und TPM-Chip in naher Zukunft se­ri­en­mä­ßig für die Si­cher­heit aller PCs zuständig sein.

Im direkten Vergleich mit der klas­si­schen Boot-Methode der Legacy-BIOS-Systeme bietet die operative Einheit aus UEFI und GPT-Par­ti­tio­nie­rung ins­be­son­de­re folgende Vorteile:

• Multiboot-Systeme sind möglich. Es können also mehrere Be­triebs­sys­te­me mit eigenen Boot­ma­na­gern parallel in­stal­liert werden. Bei Bedarf kann während des Boot-Vorgangs eine Auswahl getroffen und z. B. statt Windows al­ter­na­tiv Linux gestartet werden.
   
• Die GPT-Par­ti­tio­nie­rung erlaubt unter Windows bis zu 128 primäre GPT-Par­ti­tio­nen (früher waren nur vier primäre Par­ti­tio­nen möglich)
   
• Boot­lauf­wer­ke können erstmalig die Fest­plat­ten­ka­pa­zi­tät von 2,2 TB über­schrei­ten (frühere Grenze bei Legacy-BIOS-Systemen mit Master Boot Record)
   
• Pre-Boot-An­wen­dun­gen sind möglich (z. B. Aufruf und Nutzung von Diagnose-Werk­zeu­gen, Backup-Lösungen)
   
• Bootet schneller als Legacy-BIOS-Systeme