Paketmanager – Software-Installation und Aktualisierung

Paketmanager haben den Prozess der Software-Installation und Aktualisierung vereinfacht und viele Probleme der Vergangenheit gelöst. Heute sind sie ein integraler Bestandteil vieler Systeme. Während der durchschnittliche Windows-Nutzer wahrscheinlich weniger mit der Begrifflichkeit eines Paketmanagers anfangen kann, sieht es bei Nutzern unixoider Systeme meist anders aus.

Vor allem bei Linux-Systemen sind sie ein essenzieller Bestandteil der allermeisten Distributionen und kommen hier in den unterschiedlichsten Formen vor. Mittlerweile haben sie sich allerdings darüber hinaus ausgebreitet und sind heute auch unter macOS und Windows zu finden.

Über diese Grenzen hinaus haben sich Paketmanager auch in anderen Bereichen etabliert hat, beispielsweise im Paket- und Abhängigkeitsmanagement innerhalb der Softwareentwicklung.

Unabhängig vom spezifischen Paketmanager folgen diese in der Regel einem ähnlichen Ablauf: Ein Nutzer beabsichtigt, eine Anwendung bzw. ein Paket zu installieren. Der Paketmanager identifiziert die erforderlichen Abhängigkeiten und installiert diese zusammen mit der gewünschten Software.

Definition

Doch was zeichnet einen Paketmanager aus? Grundsätzlich handelt es sich bei einem solchen um ein Werkzeug oder eine Sammlung an Werkzeugen, die dazu dient Software zu installieren, sie zu aktualisieren und wieder zu entfernen. Im Idealfall ist diese Entfernung rückstandslos. Auch die Konfiguration der Software ist eine Fähigkeit, welche von vielen Paketmanagementsystemen beherrscht wird.

Ziel ist es meist, die manuelle Installation und Verwaltung von Software unnötig zu machen, sodass diese im Idealfall immer über den Paketmanager bezogen werden kann.

Neben der eigentlichen Bereitstellung der gewünschten Software, ist ein wichtiger Teil des Paketmanagements die Installation und Verwaltung der Abhängigkeiten, welche von der Software benötigt werden. Dies umfasst beispielsweise die Handhabung verschiedener Versionen von Bibliotheken, die erforderlich sind, wenn mehrere installierte Anwendungen unterschiedliche Versionen einer Bibliothek benötigen.

Ein Paket umfasst in solchen Systemen, neben der eigentlichen Anwendung, eine Reihe von zusätzlichen Metadaten, welche als Informationen über das Paket und der Verwaltung dienen.

Daneben führen die Systeme Buch über installierte Software, was z. B. bei der Aktualisierung installierter Anwendungen von Belang ist.

Typen von Paketmanagern

Paketmanager lassen sich in verschiedene Typen einteilen. Einerseits existieren systemgebundene Paketmanager wie das Advanced Packaging Tool (APT), die integraler Bestandteil des jeweiligen Betriebssystems sind und eine konfliktfreie Installation von Anwendungen gewährleisten.

Ziel dieser Paketmanager ist die Softwareverwaltung für den Nutzer des Systems. Auch ist es bei diesen systemspezifischen Paketmanagern in den meisten Fällen so, dass Abhängigkeiten wie Bibliotheken im Idealfall nur einmal installiert werden.

Eine weitere Art von Paketmanagementsystemen sind App Stores. Hier steht jede Applikation für sich und wird mitsamt ihrer Abhängigkeiten installiert. Das bedeutet, dass z. B. Bibliotheken immer wieder mitgeliefert werden. Hier wird in der Theorie Speicherplatz verschenkt, da häufig verwendete Bibliotheken mehrfach vorhanden sein können.

Eine letzte und trotzdem in ihrer Wichtigkeit nicht zu unterschätzende Kategorie von Paketmanagern sind sprachspezifische Paketmanager. Bei diesen geht es um das Paket- und Abhängigkeitsmanagement von Bibliotheken im Rahmen der Softwareentwicklung. Beispiele für diese Manager sind Maven, Cargo und NPM. Sie werden vor allem in den vergangenen Jahren verstärkt eingesetzt. Einen Überblick über diese sprachspezifischen Paketmanager bietet die Webseite libraries.io.

Am Anfang war der Code

In frühen Systemen existierten keine Paketmanager im heutigen Sinne. Entweder wurden die mitgelieferten Systemwerkzeuge genutzt, oder die benötigte Software lag im Quelltext vor und wurde anschließend kompiliert und installiert.

Eine Applikation wird kompiliert

Im Laufe der Zeit wurden nicht nur die Systeme komplexer, sondern auch die auf ihr genutzten Anwendungen. Mithilfe von Build Automation Tools wie Make, wurde es möglich Software anhand des sogenannten Makefiles zu bauen. Allerdings wurde auch hier vorausgesetzt, dass die benötigten Abhängigkeiten auf dem System vorhanden waren.

Über den Befehl make kann der entsprechende Vorgang angestoßen werden. Damit vereinfachten Makefiles die Erzeugung der Software. Statt den Compiler, dazugehörige Linker und weitere Werkzeuge selbst aufrufen zu müssen, fungiert das Makefile als Mittler.

Abhängigkeiten

Im ersten Moment scheint es, als ob die Installation der Software aus dem Quelltext leicht von der Hand geht. Der Quelltext muss bezogen werden und anschließend kann die Applikation kompiliert und installiert werden.

Allerdings steht ein Programm meist nicht für sich, sondern ist auf gewisse Abhängigkeiten, wie verwendete Bibliotheken angewiesen. Sind diese Abhängigkeiten in einer falschen Version installiert, oder nicht vorhanden, schlägt die Erstellung der Applikation fehl.

Ein weiteres Problem ist, dass unixoide Systeme nicht unbedingt identisch sind und sich in kleineren und größeren Feinheiten unterschieden. Eine Lösung für diese Probleme bieten Werkzeuge wie autoconf vom GNU-Projekt und später CMake.

Über diese Build-Automatisierungstools wird das benötigte Makefile generiert, welches dann auf die Eigenheiten des eigentlichen Systems angepasst ist. So wird unter anderem überprüft, ob die benötigten Abhängigkeiten vorhanden sind und unter Umständen abgebrochen, wenn dies nicht der Fall ist.

Bislang nicht betrachtet wurde die Deinstallation einer Anwendung. Neben den eigentlichen Anwendungsdateien, eventuellen Bibliotheken und Konfigurationsdateien können hierzu auch Dateien zählen, welche während der Laufzeit der Anwendung erzeugt wurden.

Diese von Hand zu entfernen, ist im besten Fall ein zeitaufwendiger Prozess. Spätestens an dieser Stelle erweist sich ein funktionierendes Paketmanagementsystem als Segen.

Quell- vs. Binärpakete

Bei dem oben beschriebenen Verfahren wurde die Software direkt auf dem System kompiliert. Dies hat einige Vorteile. So kann die jeweilige Software mit entsprechender CPU-Optimierung kompiliert werden und somit optimal auf das System abgestimmt werden. Allerdings nimmt ein solcher Vorgang Zeit in Anspruch, vorwiegend bei der Kompilierung größerer Softwarepakete wie einem Browser.

Bei Paketmanagern wird hier die Unterscheidung zwischen Quell- und Binärpaketen getroffen. Quellpakete enthalten den Quellcode der Anwendung und werden direkt auf dem Rechner des Nutzers kompiliert.

Binärpakete hingegen enthalten eine vorkompilierte Anwendung, welche auf eine bestimmte Architektur optimiert ist. Damit muss das Paket nur noch vom Paketmanager heruntergeladen, entpackt und installiert werden. Neben der fehlenden Optimierung auf den konkreten CPU-Typ haben Binärpakete weitere Nachteile. Viele Anwendungen verfügen über bestimmte Schalter zu Compile-Zeit, um bestimmte Module und Funktionalitäten in die Anwendung zu integrieren. Ist dies während der Erstellung des Binärpaketes nicht geschehen, so kann das Modul bzw. die gewünschte Funktionalität nicht ohne Weiteres genutzt werden.

Anfänge der Paketmanager

Mit der Idee der Paketierung war der Gedanke zu einem Paketmanager nicht mehr weit. Auch wenn solche Manager unter Linux gängig wurden, gab es sie in Ansätzen bereits davor.

Einer der ersten Paketmanager war das System Management Interface Tool (SMIT) für AIX, welches mit der Version 3.0 von AIX im Jahr 1989 Einzug hielt. Unter der Oberfläche wurde für diese Aufgabe installp als Backend genutzt.

Im Linux-Bereich zählte das package management system (pms) zu den ersten Paketmanagern. Dieses erschien in Version 1.0 Mitte des Jahres 1994. Genutzt wurde dieses in der Distribution Bogus Linux. Dies führte historisch betrachtet unter anderem zum RPM-Paketmanager, welcher ursprünglich von Red Hat stammt und 1995 mit Red Hat Linux 2.0 ausgeliefert wurde.

In einen ähnlichen Zeitrahmen fallen die Entwicklung des Debian Package Managers, der vom StopAlop, einem weiteren Paketmanager aus der Frühzeit der Paketmanager, inspiriert wurde.

Die erste Version des Debian Package Managers wurde 1994 von Ian Murdock entwickelt, damals noch in Form eines Shellskriptes. Aus diesem entstand im Laufe der Jahre das dpkg der Neuzeit.

Aus diesen Low-Level-Paketmanagern entwickelten sich schließlich Systeme, welche Repositorys der verfügbaren Software bereithielten und diese zur Installation derselben nutzten, sodass auch das Problem der Paketbeschaffung bzw. der eigenen Paketierung in den meisten Fällen gelöst war.

Im Jahr 1995 begannen viele Paketmanager mit der Implementierung eines Workflows, der mit dem Herunterladen des Pakets beginnt und die automatische Auflösung sowie Installation von Abhängigkeiten beinhaltet.

Neben eigentlichen Applikationen wurden Systempaketmanager auch genutzt, um Bibliotheken und andere Funktionalität bestimmter Programmiersprachen wie Python über diese zu installieren. Heutzutage wird dies mehrheitlich über sprachspezifische Paketmanager gelöst.

Low-Level- und High-Level-Paketmanager

Werkzeuge wie dpkg, zählen wie oben bereits erwähnt zu den Low-Level-Paketmanagern. Zwar vereinfachen sie die Installation von Paketen, aber aus Sicht des Nutzers, sind immer noch viele manuelle Schritte notwendig, um das System auf einem aktuellen Stand zu halten.

Low-Level-Paketmanager samt Herkunft und High-Level-Paketmanager

Hier kommen High-Level-Paketmanager ins Spiel. Diese vereinfachen die Bedienung und dienen sozusagen als Frontend für den eigentlichen Nutzer. Daneben gruppieren sie Operationen der zugrundeliegenden Low-Level-Paketmanager.

Neben dem traditionellen Weg, Software als Archiv auszuliefern, wurde mit den Paketmanagern für die jeweiligen Distributionen ein zentrales Repository mit Software geschaffen, welches von der jeweiligen Distribution gepflegt wurde.

Interessant an diesem zentralen Repositorys ist, dass die Software, welche in diesen vorliegt, technisch betrachtet ein Fork der Originale ist. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist die Entkopplung, sodass eine Distribution eigene Aktualisierungen für eine Anwendung bereitstellen kann. Dies gilt auch für den Fall, dass die Software nicht mehr aktiv unterstützt wird.

Auch wenn von einem zentralen Repository die Rede ist, sieht es in den eigentlichen Distributionen meist etwas differenzierter aus. Unter Ubuntu z. B. existieren die Repositories Main, Universe, Restricted und Multiverse.

Das Main-Repository umfasst von Canonical unterstützte freie Software, die als grundlegend und essenziell für das System angesehen wird. Das Universe-Repository wird von der Community gepflegt und enthält ebenfalls freie Software, die von Nutzern beigetragen und verwaltet wird.

Im Restricted-Repository finden sich proprietäre Treiber für Geräte, die aus lizenzrechtlichen Gründen nicht im Main-Repository enthalten sind. Schließlich existiert noch das Multiverse-Repository, das Software beinhaltet, die durch Urheberrecht oder andere rechtliche Fragen eingeschränkt ist und deshalb spezielle Vereinbarungen für die Nutzung oder Verbreitung erfordert.

Daneben liegen für die unterschiedlichen Repositorys verschiedene Spiegelserver vor, welche die Pakete redundant und geografisch verteilt vorhalten.

Auch Abhängigkeiten werden von High-Level-Paketmanagern wesentlich sinnvoller behandelt. Während eine Paketinstallation per dpkg verlangt, dass alle Abhängigkeiten installiert sind, übernimmt apt diese Aufgabe automatisch. Hierbei werden die Abhängigkeiten in die korrekte Reihenfolge gebracht, bezogen und anschließend installiert.

Durch die zentralen Repositorys ist es über wenige Befehle möglich, den kompletten Softwarebestand zu aktualisieren. Auch der Wegfall von Abhängigkeiten wird bemerkt und so werden nicht mehr benötigte Pakete auf Wunsch automatisch deinstalliert.

Anatomie eines Paketmanagmentsystems

Einige Eigenschaften, welche ein Paket ausmachen, wurden bereits beschrieben. Trotzdem soll an dieser Stelle genauer auf die Anatomie eines Pakets und des Managementsystems dahinter eingegangen werden. Hierbei wird dpkg als Beispiel herangezogen.

Der Debian Package Manager ist dafür verantwortlich, ein Paket zu installieren und wieder zu deinstallieren. Hierzu wird die DEB-Datei, welche das Paket darstellt, im ersten Schritt entpackt und anschließend ein Pre-Install-Skript ausgeführt.

Nach dessen Ausführung werden die Komponenten des Paketes an die korrekten Stellen im Dateisystem kopiert und anschließend das Post-Install-Skript ausgeführt. Bei der Deinstallation läuft dieser Vorgang ähnlich ab. Auch hier werden wieder Pre– und Post-Remove-Skripte durchgeführt. Daneben verwaltet dpkg eine Datenbank der installierten Pakete.

Im Einzelnen besteht ein DEB-Paket aus dem sogenannten Debian-Binary. In dieser Datei ist die Version des Dateiformates hinterlegt. Dies sollte bei aktuellen Distributionen immer 2.0 sein. Trotz ihres Namens handelt es sich um eine gewöhnliche Textdatei.

Ein entpacktes DEB-Archiv mit dem control-Ordner

Anschließend folgen zwei Archive, eines für die Meta-Informationen und eines für die eigentlichen Daten. Bei den Archiven werden zwei unterschiedliche Archivierungsverfahren unterstützt. So kann im Falle des control-Archivs das Archiv als control.tar.gz oder control.tar.xz vorliegen.

Das control-Archiv enthält mehrere wichtige Dateien. Die erste Datei ist die Datei control. Diese enthält Informationen über das Paket wie Paketname, Version, Abhängigkeiten, Konflikte, Beschreibung und mehr.

Für das Paket nginx-common sieht diese Datei beispielhaft wie folgt aus:

Package: nginx-common
Source: nginx
Version: 1.24.0-2
Architecture: all
Maintainer: Debian Nginx Maintainers 
Installed-Size: 306
Depends: debconf (>= 0.5) | debconf-2.0, nginx (>= 1.24.0-2), nginx (<< 1.24.0-2.1~)
Suggests: fcgiwrap, nginx-doc, ssl-cert
Breaks: nginx (<< 1.22.1-8)
Replaces: nginx (<< 1.22.1-8)
Section: httpd
Priority: optional
Multi-Arch: foreign
Homepage: https://nginx.org
Description: small, powerful, scalable web/proxy server - common files
 Nginx ("engine X") is a high-performance web and reverse proxy server
 created by Igor Sysoev. It can be used both as a standalone web server
 and as a proxy to reduce the load on back-end HTTP or mail servers.
 .
 This package contains base configuration files used by all versions of
 nginx.

Daneben sind die entsprechenden Pre- und Postskripte enthalten (preinst, postinst, prerm, postrm). Diese Skripte werden verwendet, um spezielle Aufgaben auszuführen, die für das Paket notwendig sind, wie das Konfigurieren von Systemdiensten oder das Aktualisieren von Konfigurationsdateien.

Die Datei conffiles enthält eine Liste von Konfigurationsdateien, die vom Paketmanagementsystem während einer Aktualisierung behandelt werden, um benutzerdefinierte Änderungen zu erhalten.

Über die Datei md5sums, eine Liste von MD5-Prüfsummen für die Dateien, die im Paket enthalten sind, kann die Integrität dieser überprüft werden.

Der entpackte data-Ordner in einem DEB-Archiv

Die eigentlichen Daten des DEB-Archives finden sich im data-Archiv (data.tar.gz oder data.tar.xz). Dieses Archiv enthält die Dateien, die zum System hinzugefügt werden, wenn das Paket installiert wird. Die Dateien in diesem Archiv werden relativ zum Wurzelverzeichnis des Ziel-Dateisystems extrahiert.

Paketdatenbank

Neben den eigentlichen Paketen nimmt die Paketdatenbank einen großen Stellenwert ein. Die Paketdatenbank von Debian und darauf basierenden Distributionen wird von dpkg verwaltet und speichert Informationen über alle installierten, gelöschten oder sonst wie bekannten Pakete auf dem System. Die Datenbank befindet sich im Verzeichnis /var/lib/dpkg/ und besteht aus mehreren Dateien und Verzeichnissen, die verschiedene Aspekte der Paketverwaltung abdecken.

Die Datei /var/lib/dpkg/status enthält den aktuellen Status aller Pakete. Sie listet Pakete auf, die installiert sind, deren Installation erwartet wird, die zur Deinstallation oder vollständigen Entfernung markiert sind, und so weiter. Für jedes Paket enthält diese Datei Metadaten wie Version, Architektur, Abhängigkeiten, Beschreibung und vieles mehr.

Die Paketdatenbank des Debian Package Managers

Die Datei /var/lib/dpkg/available enthält Informationen über verfügbare Pakete, aus den Repositorys. Diese Datei wird z. B. durch den Befehl apt update aktualisiert.

Das Verzeichnis /var/lib/dpkg/info/ enthält spezifische Dateien für jedes Paket, wie Konfigurationsskripte. Diese Dateien werden von dpkg während der Installation und Deinstallation verwendet, um sicherzustellen, dass diese Prozesse korrekt durchgeführt werden.

Die Paketdatenbank wird von dpkg und anderen Frontends wie APT, Aptitude oder Synaptic verwendet, um Paketoperationen durchzuführen. Es ist wichtig, dass diese Datenbank konsistent und unbeschädigt bleibt, da Inkonsistenzen zu Problemen bei der Paketverwaltung führen können.

Die Konsistenz der Paketdatenbank in Debian-basierten Systemen wird durch eine Kombination aus Designentscheidungen, Dateisystemtransaktionen und Sperrmechanismen sichergestellt.

Welche Version darf es sein?

Eine Paketverwaltung im Distributionsumfeld, kann trotz ihrer Vorteile, einige Herausforderungen mit sich bringen. Je nach der Politik der gewählten Distribution kann es sein, dass nur bestimmte und unter Umständen veraltete Versionen gepflegt werden. Dies ist z. B. bei Debian Stable der Fall, während bei anderen Distributionen wie bei Arch Linux immer die neusten Anwendungen, dank des Rolling Releases-Prozesses, mitgeliefert werden.

Die Nutzung eines Paketmanagers kann dazu führen, dass Nutzer weniger Kontrolle über spezifische Konfigurationen der installierten Software haben, da viele Einstellungen bereits festgelegt wurden.

Die Sicherheit hängt zudem von der Vertrauenswürdigkeit der Softwarequellen, den sogenannten Repositorys, ab. Eine Kompromittierung eines Repositorys kann die Verbreitung schädlicher Software begünstigen. Trotz verschiedener Sicherheitsmaßnahmen kann ein solches Risiko nicht gänzlich ausgeschlossen werden.

Paketmanager je Betriebssystem

Neben der grauen Theorie werden Paketmanager natürlich auch genutzt. Hierfür stehen je nach Betriebssystem unterschiedlichste Paketmanager zur Verfügung, von deinen einige nachfolgend vorgestellt werden sollen.

Linux

Unter Linux existieren eine Vielzahl an Paketmanagern. Zu den häufigeren verwendeten gehört sicherlich dpkg mitsamt seiner Frontends, wie APT. Auf Debian basierende Distributionen wie Ubuntu nutzten dieses System ebenfalls.

Ein weiterer bekannter Paketmanager ist RPM, welcher unter anderem bei Red Hat Linux zum Tragen kommt. RPM steht hierbei für RPM Package Manager, welcher ursprünglich als Red Hat Package Manager bezeichnet wurde.

Im Laufe der Zeit wurde der RPM Package Manager weiterentwickelt und verbessert. Das RPM-Format selbst wurde standardisiert, und es wurden Werkzeuge wie YUM (Yellowdog Updater, Modified) und später DNF (Dandified Yum) entwickelt, die als Frontends für RPM dienen und zusätzliche Funktionen wie einfachere Abhängigkeitsauflösung und automatische Updates bieten.

Daneben existieren weitere Paketmanagementsysteme wie Pacman unter Arch Linux. Üblicherweise ist das Paketverwaltungssystem eines der Systeme, die näher betrachtet werden, wenn sich intensiver mit einer Distribution auseinandersetzt wird.

Neben diesen gewöhnlichen Paketmanagern gibt es auch neue Konzepte, wie Nix und NixOS, welche deklarative Ansätze für die Paketverwaltung nutzen.

Snap, Flatpak und Co.

In der Linux-Welt sind zusätzlich zu den Systempaketmanagern weitere Paketformate entstanden, die darauf abzielen, Softwarepakete unabhängiger von den einzelnen Distributionen zu gestalten.

Unter Ubuntu ist das Snap-Format stark vertreten, bei anderen Distributionen hingegen Flatpack. Snap und Flatpak sind moderne Paketmanagement- und Bereitstellungssysteme, die das Ziel haben, die Installation und Verwaltung von Software auf Linux-Systemen zu vereinfachen und zu vereinheitlichen. Sie ergänzen traditionelle Paketmanager wie APT und bieten einige Vorteile.

Snap ist ein Paketformat, das von Canonical entwickelt wurde. Snap-Pakete sind in sich geschlossene Softwarepakete, die alle notwendigen Abhängigkeiten enthalten, um auf einer Vielzahl von Linux-Distributionen zu laufen. Das Snap-System verwendet ein zentrales Repository namens Snap Store, in dem der Nutzer Software suchen und installieren kann.

Snaps sind in der Regel größer als traditionelle Pakete, da sie alle Abhängigkeiten enthalten, bieten dafür aber andere Vorteile. So laufen Snaps in einer Sandbox-Umgebung, die die Sicherheit erhöht, indem sie den Zugriff der Anwendung auf das System beschränkt.

Durch den Dienst snapd, werden Snaps automatisch aktualisiert, was die Wartung vereinfacht. Aus Entwicklersicht können Anwendungen leichter veröffentlicht und aktualisiert werden, da nicht diese nicht auf die Paketverwaltung der einzelnen Distributionen angewiesen sind.

Flatpak ist ein ähnliches System, entwickelt von der unabhängigen Community. Es zielt ebenfalls darauf ab, distributionsübergreifend Software bereitzustellen und verwendet für die Verteilung von Softwarepaketen sogenannte Remotes wie Flathub. Flatpaks können auf einer Vielzahl von Linux-Distributionen laufen. Ähnlich wie Snaps bieten Flatpaks eine Sandbox-Umgebung, die die Sicherheit verbessern soll.

Beide Systeme, Snap und Flatpak, tragen in der Theorie dazu bei, die Fragmentierung im Linux-Ökosystem zu verringern und die Softwareverteilung zu vereinfachen. Sie bieten eine Plattform für Entwickler, um ihre Anwendungen einem breiteren Publikum zur Verfügung zu stellen. Der Nutzer kann über diese Systeme Anwendungen unabhängig von der spezifischen Linux-Distribution installieren.

AppImage ist ein weiteres Format für portable Softwarepakete unter Linux. Im Gegensatz zu Snap und Flatpak wird bei AppImages keine Installation durchgeführt. Stattdessen sind AppImages eigenständige ausführbare Dateien, die alle Abhängigkeiten enthalten und direkt ausgeführt werden können.

macOS

Unter macOS existieren neben dem integrierten App Store, welcher 2011 eingeführt wurde, weitere Paketmanager, bei denen es sich um Community-Projekte handelt.

Der App Store unter macOS

Der App Store selbst ist im Gegensatz zu seinem iOS-Pendant nicht verpflichtend zu nutzen. Auch wenn unsignierte Software mittlerweile nur nach einigen Warnmeldungen gestartet werden kann.

Bei den Community-Projekten stechen die Werkzeuge MacPorts und Homebrew hervor. MacPorts, früher unter dem Namen DarwinPorts bekannt, ist seit 2002 verfügbar und liegt mittlerweile in Version 2.8.1 vor.

MacPorts ist darauf ausgelegt, für jeden Port alle Abhängigkeiten selbst aus dem Quelltext zu kompilieren und zu verwalten. Dies führt zu einer größeren Isolation und Konsistenz, kann aber auch die Nutzung von mehr Speicherplatz und längere Installationszeiten bedeuten.

Der Paketmanager Homebrew wurde 2009 von Max Howell entwickelt. Homebrew versucht, wo möglich, vorhandene Systembibliotheken zu nutzen und installiert nur Abhängigkeiten die darüber hinaus benötigt werden. Dies kann zu schnelleren Installationen führen, birgt aber auch das Risiko eines Konfliktes mit Systembibliotheken.

Homebrew wird oft als benutzerfreundlicher wahrgenommen, mit einfacheren Befehlen und einer einfacheren Installation. Daneben verfügt es über eine breite Unterstützung für Binärpakete, die auf eine schnelle Installation abzielen und das Softwareangebot erweitern.

Die Anwendung der jeweiligen Paketmanager bleibt hierbei dem Nutzer überlassen, je nach dem gewünschten Anwendungszweck. So benötigt MacPorts Administratorrechte, während Homebrew in den meisten Fällen ohne solche auskommt. Genutzt werden beide Paketmanager über das Terminal.

Windows

An Windows ist der Erfolg der Paketmanager ebenfalls nicht vorbeigegangen. So wurde schon seit Windows Vista die Applikation Pkgmgr.exe mitgeliefert. Dabei handelte es sich um einen Paketmanager zur Installation und Deinstallation von Paketen.

Allerdings war dieser Paketmanager nicht für den Nutzer des Systems gedacht. Stattdessen diente er dazu, Komponenten des Betriebssystems zu installieren. Später wurde dieses System insbesondere durch DISM (Deployment Image Servicing and Management) abgelöst.

Neben dem Microsoft Store, welcher als App Store fungiert, existieren auch für Windows eine Reihe von Community getriebenen Paketmanagern. Hier wären unter anderem Chocolatey und Scoop zu nennen. Microsoft hat mit dem Windows Package Manager (winget) ebenfalls einen solchen Paketmanager vorgestellt. Eine detaillierte Betrachtung dieser Paketmanager findet sich auf Golem.de.

Daneben existieren auch Client-Managment-Plattformen, wie ACMP, welche für die Nutzer die Softwareinstallation aus einem Katalog ermöglichen und meist im geschäftlichen Umfeld zu finden sind.

Mobile Systeme

Während Systeme wie die PDAs von Palm überwiegend von Hand mit Apps bestückt wurden, sah dies bei den großen mobilen Systemen der Neuzeit, namentlich Android und iOS anders aus. Hier gab es bereits zu Beginn entsprechende
App Stores.

Google Play

Unter Android war dies der Android Market, welcher schließlich in Google Play aufging, unter iOS der App Store, welcher mit der Version iOS 2 (iPhone OS 2.0) seinen ersten Auftritt hatte.

Software kann über diese App Stores installiert, aktualisiert und deinstalliert werden. Im Unterschied zu reinen Paketmanagement-Lösungen bieten diese App Stores zusätzliche Dienste. Sie wickeln unter anderem Zahlungen ab, was sowohl In-App-Käufe als auch Abonnements einschließt.

Im Android-Bereich existieren daneben weitere alternative App Stores, wie der F-Droid App Store, welcher auf freie Software spezialisiert ist. Unter iOS ist dies bislang nicht ohne Jailbreak möglich. Dies soll sich allerdings durch den Digital Markets Act in der EU ändern.

Auch andere mobile Ökosysteme nutzen ihre jeweiligen App Stores wie Amazon, Samsung und Huawei.

Fazit

Ian Murdock, einer der Mitbegründer des Debian-Projektes, nannte Paketmanager einmal den größten einzelnen Fortschritt, welchen Linux der Industrie bescherte.

Sie erleichtern die Handhabung von Abhängigkeiten und Kompatibilitätsproblemen, die sonst für den Nutzer eine Herausforderung darstellen könnten. Mit dieser Idee haben sie viele Domänen erobert.

So begegnet uns das Konzept der Paketierung immer wieder, z. B. bei Docker-Containern. Auch bei neuen Programmiersprachen, wie Rust, wird das Paketmanagement gleich mitgedacht.

Paketmanager nehmen eine wichtige Rolle ein, indem sie die Installation, Aktualisierung und Entfernung von Softwarepaketen auf effiziente und benutzerfreundliche Weise ermöglichen und uns so auch in Zukunft begleiten werden.

In Zukunft wird auch verstärkt der Fokus auf unveränderliche Systeme und containerisierte Anwendungen gerichtet sein. Dieser Ansatz hat in jüngster Zeit mit Technologien wie Podman und Co. den Weg zurück auf den Desktop gefunden und spiegelt die wachsende Präferenz für isolierte, konsistente und portable Anwendungsumgebungen wider.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Golem.de und ist hier in einer alternativen Variante zu finden.

DNS-Technologien im Überblick

Das altehrwürdige Domain Name System ist seit mittlerweile fast vierzig Jahren einer der Grundpfeiler des Internets. Daneben erblicken neue Technologien rund um das DNS das Licht der Welt und entsprechende Unterstützung zieht in die Betriebssysteme ein.

Einleitung

Damit Pakete für das Internetprotokoll in Version 4 und 6 durch das Internet versendet werden können, sind Endpunkte, wie Clients und Server, mit Adressen versehen.

Über diese Adressen können die Dienste eines Servers abgerufen werden, so z. B. der Aufruf einer Webseite. Während IPv4-Adressen wie 192.168.15.15 noch übersichtlich scheinen, sieht es bei IPv6-Adressen wie der Adresse 2001:0db8:3c4d:0015:0000:1507:1503:1a2b anders aus.

Menschen sind nicht sonderlich gut darin, sich Zahlen zu merken, sodass eine andere Adressierung für die entsprechenden Endpunkte geschaffen werden musste. Gelöst wurde das Problem durch das Domain Name System, welches gerne als Telefonbuch des Internets bezeichnet wird.

Damit können Domains wie example.org auf eine entsprechende IP-Adresse abgebildet werden. Durch dieses Mapping vereinfacht sich die Nutzung und Adressierung im Internet.

Hierarchie im System

Wird eine Domain wie example.org aufgerufen, so wird ein DNS-Server abgefragt, der einem daraufhin den Domainnamen zu einer IP-Adresse auflöst.

Das gesamte Domain Name System ist hierarchisch aufgebaut. Auf der obersten Ebene befinden sich die autoritativen Nameserver für die Root-Zone. Diese sind dreizehn an der Zahl und tragen die Namen A bis M. Sie liefern die entsprechende Root-Zone aus, bei welcher es sich um einen knapp 2 MB großen Datenblob handelt.

In diesem enthalten ist eine Liste der autoritativen Nameserver für jede Top-Level-Domain. Damit verweist die Root-Zone auf DNS-Server, welche für einzelne Top-Level-Domains wie .de, .org oder .net zuständig sind.

Die Hierarchie im Domain Name System

Die Nameserver für die einzelnen Top-Level-Domains verweisen für eine angefragte Domain wiederum auf autoritative Nameserver, welche für diese Domain zuständig sind. In der Theorie kann diese Hierarchie mit jeder Ebene einer Domain, wie z. B. Subdomains, fortgesetzt werden.

Autoritative und cachende Nameserver

Besagte autoritative Nameserver sind dafür verantwortlich, verbindliche Aussagen zu einer Zone, wie einer Domäne oder einer ganzen Top-Level-Domain zu treffen. Was der autoritative Nameserver mitteilt, ist die objektive Wahrheit im Domain Name System.

Da es aus Gesichtspunkten wie der Lastverteilung und der Antwortgeschwindigkeit eher unpraktikabel ist, alle Anfragen zu einer bestimmten Zone nur von den autoritativen Nameservern beantwortet zu lassen, existieren cachende Nameserver.

Diese Nameserver, stehen z. B. beim Internet Service Provider und beantworten die DNS-Anfragen der Kunden. Kann eine solche DNS-Anfrage nicht aus dem Cache beantwortet werden, so wird wiederum der autoritative Nameserver angefragt und das Ergebnis für weitere Anfragen im Cache gehalten.

Nach Ablauf der Time to Live (TTL), welche in der Zone definiert ist, wird der Cache invalidiert und bei der nächsten Anfrage wieder der autoritative Nameserver befragt.

Zonen im Detail

In einer Zone können unterschiedlichste sogenannte Resource Records, kurz Records angelegt werden. Eine Zone, welche die entsprechende Konfiguration enthält, könnte wie folgt aussehen:

$ORIGIN example.org.
$TTL 3600
; SOA Records
@		IN	SOA	dns.example.org. 2022061900 86400 10800 3600000 3600
; NS Records
@		IN	NS	ns-1.example.org.
@		IN	NS	ns-2.example.org.
@		IN	NS	ns-3.example.org.
; MX Records
@		IN	MX	10 mail.example.org.
; A Records
@		IN	A	10.1.1.1
; AAAA Records
@		IN	AAAA	2001:db8:123:4567::1
; CNAME Records
api		IN	CNAME	www
www		IN	CNAME	example.org.

In der Zonen-Datei sind eine Reihe von Resource Record-Typen definiert, welche bestimmten Zwecken dienen. Von diesen Typen ist eine größere Anzahl definiert, von denen hier ein auszugsweiser Überblick gegeben werden soll.

A

Der A-Record definiert die IPv4-Adresse des Hosts. Mit diesem wird der Hostname schlussendlich der entsprechenden IPv4-Adresse zugeordnet.

AAAA

Wie beim A-Record ordnet auch der AAAA-Record dem Host eine IP-Adresse zu. In diesem Fall wird allerdings eine IPv6-Adresse zugeordnet.

CNAME

Bei CNAME handelt es sich um die Abkürzung für Canonical Name record. Mit diesem Record kann einer Domain ein weiterer Name zugeordnet werden. Dies kann genutzt werden, um Subdomains wie api.example.org anzulegen.

In einer beispielhaften Konfiguration würde dies dann wie folgt aussehen:

$ORIGIN example.org.
info    IN	CNAME	www
www		IN	A	192.168.1.1
www		IN	AAAA	2a01:4f8:262:5103::1

Hier wird die Subdomain info.example.org per CNAME auf die Subdomain www.example.org verwiesen, welche wiederum per A- und AAAA-Record auf die entsprechenden IP-Adressen des Hosts verweist.

MX

Der MX-Record ist ein wichtiger Record-Typ im Domain Name System, weil er dafür sorgt, dass E-Mails den entsprechenden Empfänger erreichen. Dazu definiert er den entsprechenden Mailserver, welcher für eine Domain zuständig ist:

; MX Records
@		IN	MX	10 mail.example.org.

Damit kann per DNS ermittelt werden, wie der Mailserver erreichbar ist und die entsprechende E-Mail zugestellt werden.

NS

Der NS-Record bzw. die NS-Records definieren die für die Domain zuständigen Nameserver. Bei einem bei Hetzner gehosteten Server, könnte das Ganze wie folgt aussehen:

; NS Records
@		IN	NS	helium.ns.hetzner.de.
@		IN	NS	hydrogen.ns.hetzner.com.
@		IN	NS	oxygen.ns.hetzner.com.

Die dort angegebenen Server sind die autoritativen Nameserver, da die entsprechenden Auskünfte, die diese Server erteilen, für die konfigurierte Domain verbindlich sind.

PTR

Ein PTR-Record, kurz für Pointer record, dient dazu, ein Reverse DNS Lookup zu ermöglichen. Das bedeutet, dass zu einer IP-Adresse der entsprechende DNS-Name ermittelt wird.

Wichtig ist diese Art der Konfiguration unter anderem bei der Bereitstellung von Mailservern.

SOA

SOA-Records, welche ein Kürzel für Start Of Authority darstellen, dienen der Darstellung bestimmter Informationen wie der primären Nameserver oder der Bereitstellung von Informationen, wie der TTL, für andere DNS-Server.

; SOA Records
@		IN	SOA	hydrogen.ns.hetzner.com. dns.hetzner.com. 2022121602 86400 10800 3600000 3600

TXT

Der TXT-Record ist ein relativ universeller Record im Domain Name System, mit welchem maschinenlesbare Daten im DNS hinterlegt werden können:

; TXT Records
@		IN	TXT	"v=spf1 redirect=example.org"

Genutzt wird diese Möglichkeit für unterschiedliche Techniken, wie im E-Mail-System mit DMARC oder dem Sender Policy Framework (SPF).

Probleme im Domain Name System

Das Domain Name System funktioniert in den Grundzügen, so wie es seit 1983 definiert wurde. Allerdings wirft diese Architektur auch einige Probleme auf.

In der klassischen DNS-Variante über UDP oder TCP, findet die komplette Kommunikation unverschlüsselt statt und stellt somit auch aus Sicht des Datenschutzes bzw. der Privatsphäre ein Problem dar.

Daneben sind die DNS-Responses nicht vor Änderungen geschützt und können somit ohne Wissen des Empfängers manipuliert werden.

Auch DDoS-Attacken in Form einer DNS Amplification Attack lassen sich bedingt durch die Gegebenheiten im Domain Name System durchführen. Hierbei wird die Zieladresse mit Datenverkehr von DNS-Servern belastet. Dies funktioniert, da der Angreifer eine DNS-Anfrage mit einer gefälschten IP-Adresse stellt und die Antwort somit beim eigentlichen Ziel der Attacke aufläuft. Der Angreifer benötigt in einem solchen Fall wenig Bandbreite, da die Antwort des DNS-Servers meist wesentlich größer ausfällt, als die Anfrage.

Ein weiteres Problem sind sogenannte Broken Resolvers. Dies ist insbesondere bei einigen Internet Service Providern der Fall, bei denen Dinge wie die TTL, also die Gültigkeit einer DNS-Antwort nicht berücksichtigt werden. Daneben existieren auch solche Resolver, die bei nicht vorhanden Domains nicht mit NXDOMAIN antworten, sondern stattdessen auf eine eigene Webseite umleiten.

Dieses Problem kann schon mit dem ursprünglichen Domain Name System verhindert, werden, indem alternative DNS-Server genutzt werden. Grundsätzlich erschweren solche Broken Resolvers die Fehlerfindung und beeinflussen die Funktionalität des Domain Name System.

Eine Fehlermeldung in Chrome, welche auf Probleme mit der DNS-Konfiguration hinweist

Interessant ist hier die Unterstützung durch Browser, wie Chrome, welcher bei Inkonsistenzen mit dem DNS-Server entsprechende Hinweise in Form einer spezifischen Fehlermeldung gibt.

Verbesserungen am System

Die Schwächen des Domain Name Systems sind nicht unberücksichtigt geblieben und so gab es im Laufe der Zeit immer wieder Verbesserungen, um das eine oder andere Problem zu beseitigen und das Domain Name System zu verbessern.

Dies fing schon in der Frühzeit des DNS an, als neben der ursprünglichen Möglichkeit per UDP Anfragen zu stellen, dies auch per TCP abgewickelt werden sollte. Hintergrund war es hier unter anderem DNS-Responses, welche größer als 512 Byte sind, versenden zu können.

Daneben wurde zur Erweiterung der DNS-Responses über UDP der Extension Mechanismus for DNS, kurz EDNS, definiert. Über diesen Mechanismus ist es möglich, mehr als 512 Byte per UDP zu übertragen. Genutzt wird dies unter anderem bei DNSSEC.

Bei der gewöhnlichen Nutzung wird in den meisten Fällen, aufgrund des geringeren Overheads, UDP genutzt. Nur in Fällen, in denen z. B. größere Datenmengen im Spiel sind, wird TCP genutzt.

TSIG und DNSSEC

Eine Sicherheitstechnologie in Bezug auf DNS ist TSIG, welches mit der RFC 2845 spezifiziert wurde. Das Kürzel steht für Transaction Signatures und ist ein Verfahren zur Absicherung von DNS-Updates z. B. bei dynamischem DNS.

Eine weitere Erweiterung des DNS sind die Domain Name System Security Extensions kurz DNSSEC. Mittels DNSSEC soll die Authentizität und Integrität von DNS-Daten gewährleistet werden.

Das bedeutet bei DNSSEC, dass die Übertragung selbst nicht verschlüsselt ist, sondern nur sichergestellt wird, dass die enthaltenden Daten korrekt und unverändert sind. Die Verbreitung von DNSSEC hat dabei in den vergangenen Jahren zugenommen.

Technologien für neue Anforderungen

Während Technologien wie DNSSEC und TSIG, bestimmte Anwendungszwecke im Auge haben, ist das Bewusstsein für Datenschutz und Privatsphäre im Laufe der letzten Jahre und Jahrzehnte gewachsen, sodass Lösungen entwickelt wurden, welche unverschlüsseltes DNS ersetzen oder ergänzen sollen.

Die neu entwickelten Protokolle und Technologien, welche in den vergangenen Jahren entwickelt wurden, hören auf so illustre Kürzel wie DoT, DoH oder DoQ.

Die unterschiedlichen DNS-Varianten im Laufe der Zeit

Interessant ist hier ein kurzer Rückblick auf die Geschichte des DNS-Protokolls. Als dieses ursprünglich zum Einsatz kam, setzte das Protokoll auf UDP auf, sodass die erste DNS-Version als DNS over UDP bezeichnet werden kann.

Mit der RFC 1123 aus dem Jahre 1989 wurde schließlich begonnen TCP für DNS-Anfragen zu nutzen, sodass DNS over TCP geboren war. Sowohl die UDP als auch die TCP Variante nutzen den Port 53.

DNS over TLS

DNS over TLS, kurz DoT, wurde im Mai 2016 im Rahmen der RFC 7858 standardisiert und wird genutzt, um DNS-Abfragen mittels TLS zu verschlüsseln. Es handelt sich hierbei nur um eine Transport- und um keine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung.

DNS über TLS

Bei DoT wird zu dem DNS-Server eine Verbindung über TCP aufgebaut und diese mittels TLS abgesichert. Bedingt durch die Transportverschlüsselung können die DNS-Einträge nicht mehr zwischen den Knoten manipuliert werden. Der standardmäßig vorgesehene Port für DoT ist 853.

Wie auch bei DNS over HTTPS, werden bei dieser Variante DNS-Verstärkungsangriffe weitestgehend unterbunden.

Gegenüber unverschlüsseltem DNS erzeugt die Verschlüsslung per TLS einen gewissen Overhead, welcher sich auf die Geschwindigkeit der DNS-Anfrage auswirkt.

Im Gegensatz zu DNS über HTTPS soll diese Variante in der Praxis schneller sein. Allerdings gibt es je nach Implementierung unter Umständen Probleme, die meist von einem nicht korrekt implementierten Standard herrühren.

Bedingt durch den fest definierten Standardport für DoT (853), lässt sich dieses Protokoll relativ einfach blockieren. In einem solchen Fall kann auf andere DNS-Protokolle geschwenkt oder alternativ auf unverschlüsseltes DNS gesetzt werden.

DNS over HTTPS

Eine weitere Variante, welche ähnlich dem DNS over TLS funktioniert, ist DNS over HTTPS. Dieses wurde in der RFC 8484 standardisiert.

DNS über HTTPS

DoH läuft über den gleichen Port, wie gewöhnliches HTTPS, den Port 443. Damit kann von Außen keine Unterscheidung getroffen werden, ob es sich um DNS-Anfragen oder normalen HTTPS-Datenverkehr handeln.

Der Grund hierfür ist darin zu suchen, dass der Datenverkehr bzw. die Informationen der DNS-Abfrage über das Hypertext Transfer Protocol gesendet werden.

Damit wird eine Blockierung entsprechender DNS-Abfragen über dieses Verfahren erschwert. Allerdings leidet auch hier wieder die Performanz im Vergleich zu gewöhnlichem unverschlüsselten DNS.

Eine Spielart von DNS over HTTPS ist das relativ neue DNS-over-HTTP/3 kurz DoH3, welches wie HTTP/3 als Transportprotokoll QUIC anstatt von TCP nutzt. Dies darf allerdings nicht mit DNS over QUIC verwechselt werden.

DNS over QUIC

Zu den neueren Ideen bzw. Technologien bei der DNS-Abfrage gehört DNS over QUIC. Ziel von DoQ ist es, die Latenzen zu verringern, bei gleichzeitiger Nutzung einer verschlüsselten Verbindung.

DNS über QUIC

Definiert ist DoQ in der RFC 9250. Grundlage für das Protokoll ist QUIC, welches als Transportschicht TCP ersetzt und in dieser Form auch bei HTTP/3 genutzt wird.

Ziel von DoQ ist, dass dieses Protokoll auch für autoritative Nameserver verwendet werden kann. Damit soll eine möglichst breite Anzahl an Nutzungsmöglichkeiten im Zusammenhang, mit dem Domain Name System abgebildet werden können.

Da DoQ über den zugewiesenen Port 853 läuft, ist auch hier technisch gesehen eine einfache Blockierung möglich. Allerdings definiert die RFC hier im Abschnitt Port Selection:

In the stub to recursive scenario, the use of port 443 as a mutually agreed alternative port can be operationally beneficial, since port 443 is used by many services using QUIC and HTTP-3 and is thus less likely to be blocked than other ports

Unterstützung auf Serverseite

Damit DNS-Dienste, über welche Protokolle auch immer, im Internet genutzt werden können, muss die entsprechende Server-Software die gewünschten Protokolle unterstützen.

Neben BIND, dem Platzhirsch unter den DNS-Server, existieren noch weitere DNS-Server von denen bezüglich ihrer Fähigkeiten noch Unbound und der Windows Server kurz beleuchtet werden sollen.

DNS over TLS DNS over HTTPS DNS over QUIC
BIND ab Version 9.17 ab Version 9.17 –
Unbound ab Version 1.7.3 ab Version 1.12.0 –
Windows Server (DNS) – ab Windows Server 2022 –

Bei BIND zogen mit der Version 9.17, welche im Jahr 2020 erschien, der Support für DoT und DoH (in einer experimentellen Version) ein. Eine Unterstützung für DNS over QUIC, steht im Moment noch aus.

Unbound liefert seit der im Juni 2018 erschienen Version 1.7.3 eine Unterstützung für DNS over TLS aus. Mit der im Oktober 2020 erschienen Version 1.12.0 wurde die Unterstützung für DNS over HTTPS implementiert. An der Umsetzung von DNS over QUIC in Unbound wird im Moment noch gearbeitet.

Ab dem Windows Server 2022 wird DNS over HTTPS offiziell unterstützt. Bei DNS over TLS und DNS over QUIC ist bisher keine Unterstützung im Windows Server vorhanden.

Linux

Neben der Unterstützung auf Serverseite ist auch die Unterstützung auf Client-Seite, in Form von Betriebssystemen auf dem Desktop, als auch im Bereich der mobilen Betriebssysteme wichtig.

In den meisten Linux-Distributionen, welche Systemd nutzen, kann dies über systemd-resolved erledigt werden. Dieser unterstützt ab der Version 239 opportunistisches DNS over TLS und ab der Version 243 striktes DNS over TLS.

Hier kann z. B. unter Ubuntu in der Konsole die entsprechende Konfigurationsdatei editiert werden:

nano /etc/systemd/resolved.conf

Dort sollte die Einstellung:

DNSOverTLS=yes

hinzugefügt werden. Anschließend können über den normalen Netzwerkdialog, DoT-fähige DNS-Server eingetragen werden:

9.9.9.9, 149.112.112.112

In diesem Fall sind es die DNS-Server von Quad9. Anschließend laufen die DNS-Abfragen per DoT über die gewählten DNS-Server.

macOS

Seit macOS 11, welches mit dem Namen Big Sur auf den Markt kam, unterstützt macOS neben DNS over TLS auch DNS over HTTPS.

Aktiviert werden können die gewünschten Einstellungen über Konfigurationsprofile. Dazu muss ein entsprechendes Profil heruntergeladen und anschließend installiert werden.

Das Profil unter macOS

Die Konfigurationsprofile befinden sich in den Systemeinstellungen unter macOS. Nach der Aktivierung kann über das Terminal überprüft werden, ob die entsprechenden Einstellungen aktiv sind:

sudo tcpdump -i any "port 853 and host 9.9.9.9 or host 149.112.112.112"

Bei der Nutzung von DoH sollte der Port im Befehl auf 443 geändert werden. Nachdem der Befehl abgesetzt wurde, sollte Netzwerkverkehr zu dem Quad9-DNS-Server im Dump auftauchen.

Windows

Unter Windows 10 wird, seit dem Build 19628, DNS over HTTPS unterstützt. Dazu muss in der Registry der Pfad:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Dnscache\Parameters

aufgerufen werden und dort ein Parameter vom Typ DWORD erstellt werden. Dieser trägt den Namen EnableAutoDoh sowie den Wert 2. Anschließend sollte ein Neustart des Rechners durchgeführt werden.

Die Einstellungen im Registrierungs-Editor

Nun können in den Einstellungen für den jeweiligen Netzwerkadapter die passenden DNS-Server mit einer entsprechenden Unterstützung für DoH eingestellt werden:

9.9.9.9, 149.112.112.112

Unter Windows 11 können die Einstellungen für DoH bequem über die Netzwerkeinstellungen eingestellt werden, nachdem dort die passenden DNS-Server hinterlegt sind, kann dort unter DNS over HTTPS das Feature aktiviert werden.

Neben DoH unterstützt Windows 11 auch DNS over TLS. Dazu werden in den Netzwerkeinstellungen die entsprechenden DNS-Server hinterlegt und das DNS over HTTPS-Feature deaktiviert.

Nun muss die Kommandozeile geöffnet werden und dort müssen die Befehle:

netsh dns add global dot=yes​
netsh dns add encryption server=9.9.9.9 dothost=: autoupgrade=yes
netsh dns add encryption server=149.112.112.112 dothost=: autoupgrade=yes

eingegeben werden. Das Kommando:

netsh dns add encryption

muss hierbei für jeden DNS-Server für die IPv4- und IPv6-Adresse wiederholt werden. Abgeschlossen wird das Prozedere mittels:

ipconfig /flushdns
netsh dns show global

Der letztere Befehl zeigt an, ob die Einstellungen für DNS over TLS aktiviert wurden. DNS over QUIC wird unter Windows vom System selbst bisher noch nicht unterstützt.

Android

Während seit Android 9 (Pie) DNS over TLS bereits verfügbar ist, ist DNS over HTTPS ab Android 11 enthalten und teilweise auch auf einigen Geräten mit Android 10 verfügbar.

Die teilweise Verfügbarkeit unter Android 10 erklärt sich dadurch, dass das entsprechende DNS Resolver Modul unter Android 10 noch optional, aber unter Android 11 verpflichtend zum System dazu gehört. Installiert werden diese Änderungen über ein Google Play-Systemupdate.

In den Einstellungen kann DoT bzw. DoH aktiviert werden

Zur Aktivierung unter Android genügt es in den Systemeinstellungen, die Netzwerkeinstellungen aufzurufen und dort im Punkt Privates DNS, die entsprechenden DNS-Server zu hinterlegen. Hierbei wird, je nach Android-Version, DNS over HTTPS (in der Variante DoH3) gegenüber DNS over TLS bevorzugt, zumindest bei den dem System bekannten DNS-Servern.

iOS

Seit iOS 14, also knapp 2 Jahre später als unter Android, zog in iOS die Unterstützung für DNS over TLS ein. Ebenfalls ab iOS 14 wird DNS over HTTPS unterstützt.

Wie unter macOS, kann die Einstellung über entsprechende Konfigurationsprofile vorgenommen werden. Dazu muss ein Profil auf dem iOS-Gerät heruntergeladen und installiert werden.

Die Installation des Profils erfolgt über die Einstellungen unter iOS

Nachdem das Profil bestätigt und installiert worden ist, wird der DNS-Server in der im Profil hinterlegten Konfiguration genutzt.

Unter iOS existiert die Besonderheit, dass DNS-Abfragen für den Appstore und die Terminalbefehle dig und nslookup per Design nicht über die im Profil hinterlegten DNS-Server abgefragt werden.

Das Profil kommt nicht immer zur Anwendung

Auch gelten die Einstellungen nicht, wenn z. B. iCloud Privat Relay oder eine VPN-Verbindung aktiv sind.

Browser

Neben der betriebssystemseitigen Unterstützung liefern auch die meisten Browser mittlerweile eine Unterstützung für DNS over HTTPS aus. Diese Unterstützung ist unabhängig vom darunterliegenden Betriebssystem.

Die Einstellungen für DNS over HTTPS im Firefox

Im Firefox kann DNS over HTTPS in den Einstellungen unter Allgemein und dort in den Verbindungs-Einstellungen aktiviert werden. Dort kann dann der Punkt DNS über HTTPS aktiviert mitsamt eines Servers ausgewählt werden.

Die Einstellungen zu DoH unter Chrome

Unter Chrome kann DoH über die Einstellungen unter dem Punkt Datenschutz und Sicherheit aktiviert werden. Dort findet sich unter dem Unterpunkt Sicherheit der Punkt Sicheres DNS verwenden.

Router

Auch Router bieten in vielen Fällen Funktionalitäten zur besseren Absicherung von DNS-Abfragen.

So können in der FRITZ!Box entsprechende DNS-Server, welche DoT unterstützen hinterlegt werden. Auf Wunsch kann die FRITZ!Box auch einen Fallback auf unverschlüsseltes DNS durchführen, falls die entsprechenden DoT-Server nicht erreicht werden können. Dies kann zum Beispiel durch entsprechende Firewalls oder beim technischen Ausfall der Server passieren.

Andere Verfahren

Neben den oben beschriebenen Varianten existieren noch weitere DNS-Varianten wie Oblivious DNS bzw. Oblivious DoH, DNS over TOR und DNSCrypt, welche allerdings im weiträumigen Praxiseinsatz eher seltener zu finden sind.

Nachteile der neuen Lösungen

Bei den neuen Lösungen, wie DoT, DoH und DNS over QUIC, existieren eine Reihe von Problemen bzw. Kritikpunkten.

Viele beziehen sich dabei auf gewünschte Eigenschaften der Verfahren, wie die Verschlüsselung, welche es unter anderem erschwert, den DNS-Verkehr zu überwachen. Genutzt wird eine solche Überwachung z. B. in Kinderschutzsoftware, oder im geschäftlichen Umfeld, um den Netzwerkverkehr zu überwachen und entsprechende Policen durchzusetzen.

Je nach Lösung wird dann versucht, die neueren Verfahren zu deaktivieren bzw. dessen Nutzung nicht zuzulassen oder aber eigene Server für die entsprechenden Protokolle zu betreiben, welche wiederum die entsprechen Sperrmöglichkeiten anbieten.

Auch sind die, bei den Verfahren wie DoT oder DoH genutzten, meist zentralen DNS-Server von Google, Cloudflare oder Quad9 ein Problem, da sich dort ein Großteil des DNS-Verkehrs sammelt und dies Begehrlichkeiten wecken oder der Profilbildung dienen kann.

Daneben sollte beachtet werden, dass je nach Implementation bzw. Betriebssystem die Nutzung der verschlüsselten DNS-Varianten nicht immer garantiert ist. Sei es durch ungewollte Downgrades auf unverschlüsseltes DNS oder aber Applikationen wie der Appstore unter iOS, welcher von den DNS-Einstellungen des Systems unabhängig funktioniert. Daneben gibt es in bestimmten Versionen von Android den Fall, dass die Private-DNS-Einstellungen nach dem Aufwachen des Gerätes erst wieder nach einigen Sekunden angewendet werden.

Fazit

DNS-Abfragen müssen heute nicht mehr unverschlüsselt erfolgen, da es eine Reihe von neuen Ideen und Transportprotokollen gibt, welche neben der jeweiligen Vorteile teilweise auch spezifische Nachteile haben.

Mittlerweile findet sich für die Verfahren DNS over TLS und DNS over HTTPS eine breitere Unterstützung in den Betriebssystemen. Dort, wo diese noch nicht verfügbar ist, kann auf DNS-Proxies oder im Spezialfall Browser auf dessen Möglichkeiten zurückgegriffen werden.

DNS over TLS DNS over HTTPS DNS over QUIC
Linux über systemd-resolved (ab Version 239 bzw. 243) – –
macOS ab macOS 11 (Big Sur) ab macOS 11 (Big Sur) –
Windows ab Windows 11 (Build 25158) ab Windows 10 (Build 19628), Windows 11 –
Android ab Android 9 (Pie) ab Android 11 –
iOS ab iOS 14 ab iOS 14 –

Neben der gewöhnlichen DNS Auflösung haben aktuell vorwiegend die Technologien DoT und DoH eine größere Verbreitung erlangt. Spannend wird in Zukunft auch die Entwicklung von DoQ, welches zumindest das Potenzial hat, bestehende Technologien rundum DNS-Abfragen abzulösen.

Allerdings stellt sich bei vielen dieser Protokolle die Frage, welchen DNS-Servern vertraut werden soll, denn das bestehende DNS-System ist ein dezentrales System ohne übermächtige Gatekeeper, während bei Diensten wie DoT und DoH eine Zentralisierung zu beobachten ist.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Golem.de und ist hier in einer alternativen Variante zu finden.

Browser für Restic-Repositories

Für Backups nutze ich gerne Restic. Restic bietet neben dem Backup selbstverständlich auch eine Funktionalität zum Wiederherstellen eines Backups an. Allerdings gibt es mit dem Restic Browser ein grafisches Werkzeug zum Anschauen der durch Restic erstellten Repositorys.

Die Restic-Installation wurde nicht gefunden

Beim Start des Restic Browser kann es vorkommen, das dieser die Restic-Installation nicht findet. Dort muss dann der Pfad manuell definiert werden. Wurde Restic unter macOS, mittels Homebrew installiert, so lautet der Pfad:

/opt/homebrew/bin/restic

Der entsprechende Pfad wird sich leider nicht gemerkt, sodass er beim nächsten Mal wieder eingegeben werden muss. Nachdem die Installation definiert wurde, kann mit der Applikation ein Restic-Repository geöffnet und durchsucht werden.

Die Applikation in Aktion

Ordner als auch Dateien können anschließend über die Oberfläche wieder hergestellt werden. Während dies für lokale Repositorys gut funktioniert, sieht es bei Repositorys welche per SFTP eingebunden werden anders aus. Hier nimmt der Ladevorgang, zur Anzeige der Dateien in einem Snapshot, sehr viel Zeit in Anspruch.

Zu finden ist der Restic Browser auf GitHub. Lizenziert ist er unter der MIT-Lizenz und damit freie Software. Die Releases sind für Linux, macOS und Windows verfügbar.

Problematische USB-Sticks unter Windows formatieren

Manchmal kann ein USB-Stick unter Windows nicht mit den grafischen Bordmitteln formatiert werden. Dies kann auftreten, wenn auf dem USB-Stick mehrere Partitionen vorhanden sind. In einem solchen Fall kann auf die Kommandozeile und das Werkzeug diskpart zurückgegriffen werden.

Die Kommandozeile unter Windows

Mithilfe dieses Werkzeuges können bestehende Partitionen gelöscht und der USB-Stick neu initialisiert werden. Dazu muss die Kommandozeile gestartet werden und der Befehl diskpart eingegeben werden. Anschließend müssen die vorhandenen Datenträger ermittelt werden:

list disk

Das Kommando listet dabei die angeschlossenen Datenträger auf:

  Datenträger ###  Status         Größe    Frei     Dyn  GPT
  ---------------  -------------  -------  -------  ---  ---
  Datenträger 0    Online         3953 GB    12 MB        *
  Datenträger 1    Online         7450 MB  3263 MB        *

Mithilfe der Auflistung kann der korrekte Datenträger ausgewählt werden:

select disk 1

Im letzten Schritt muss der Datenträger bereinigt und mit einer neuen Partition versehen werden:

clean
create partition primary

Nachdem der Vorgang abgeschlossen wurde, kann diskpart mittels exit verlassen werden und der Stick normal formatiert werden.

Der universelle Cyberdelfin

Funktechniken wie NFC, RFID und Frequenzen wie die Nutzung des 433 MHz-Bandes bleiben den meisten Interessierten verschlossen. Mit dem Flipper Zero, welcher nun auch in Europa ausgeliefert wird, soll sich dies ändern.

Vor knapp zwei Jahren wurde im Rahmen einer Kickstarter-Kampagne im Juli 2020 der Flipper Zero angekündigt, auch Golem.de berichtete darüber.

Beim Flipper Zero handelt es sich um einen Hacker-Tamagotchi bzw. eine Art Funk-Multitool für Hacker. Die grundsätzliche Idee war es, die benötigten Werkzeuge für das Pentesting bestimmter Technologien, welche vorwiegend in der physischen Welt Verwendung finden, in einem Gehäuse zu vereinen. Dadurch ist der Anwender wesentlich mobiler und kann entsprechende Tests auch unauffällig durchführen.

Der Flipper Zero in Aktion

Im Grunde handelt es sich um ein Bündel unterschiedlichster Funktionalitäten, mit denen der Flipper Zero unter anderem als Universalfernbedienung, NFC- und RFID-Kopierstation (soweit technisch möglich), oder als Bastelwerkzeug für Hardwareinteressierte genutzt werden kann.

Nachdem die Kickstarter-Backer in Amerika und Australien bereits beliefert wurden, steht jetzt Europa auf der Liste.

Vom Hackspace zur Idee

Die Idee des Flipper Zero kam im Umfeld des Neuron Hackspace auf. Der Neuron Hackspace versteht sich als der erste Hackspace in Moskau, welcher von einem Besuch des 29C3 in Berlin inspiriert, schließlich im Juni 2011 seine Tore in Moskau öffnete.

In diesem mittlerweile geschlossenen Hackspace, kam die Idee für den Flipper Zero und den Flipper One auf. Die ursprüngliche Idee für die Geräte stammte von Pavel Zhovner, während Alexander Kulagin die Projektleitung übernahm und sich Valeria Aquamain als Art Director verantwortlich zeichnete.

Ursprünglich sollte ein Raspberry Pi Zero W als Grundlage genutzt werden. Von dieser Idee wurde Abstand genommen, da das Modul nicht in ausreichenden Stückzahlen geliefert werden konnte und die entsprechenden Compute-Module zu teuer gewesen wären.

Die Idee dahinter war, bestimmte Funktionalitäten in separater Hardware zu implementieren und den Raspberry Pi Zero W mit einer Linux-Distribution für anspruchsvollere Aufgaben zu betreiben.

Diese Variante erhielt den Namen Flipper One. Die Variante ohne entsprechende Linux-Möglichkeiten wurde schließlich zum Flipper Zero. Die Arbeit am Flipper One wurde zugunsten der Flipper Zero zurückgestellt.

Nachdem die Macher des Flipper Zero knapp 12.000 Vorbestellungen erhalten hatten, folgte eine entsprechende Kickstarter-Kampagne.

Die ursprünglich für das Hauptziel vorgesehenen 60.000 US-Dollar waren bereits nach acht Minuten ausfinanziert und 28 Tage später waren 4,4 Millionen US-Dollar erreicht und schlussendlich wurden über 4,8 Millionen US-Dollar eingesammelt.

Aufgrund der eingesammelten Summe wurden auch einige vorher als optional betrachtete Features mit in das Gerät aufgenommen. Dazu zählen ein alternativer dunkler Farbton, Bluetooth und NFC.

Designprozess

Für das Design, insbesondere das sogenannte Design for manufacturability (DFM), wurde mit der Firma Design Heroes zusammengearbeitet, welche ebenfalls in Moskau ansäßig sind. Beim DFM liegt der Fokus darauf, das Design des Produktes so zu gestalten, dass es in der Produktion keine größeren Probleme verursacht und einfach herzustellen ist.

Daneben unterstützte Design Heroes die Macher des Flipper Zero von den ersten Sketchen über die 3D-Modelle bis zu den ersten Prototypen, welche im 3D-Druck entstanden.

Während des Designprozesses wurden unterschiedlichste Änderungen vorgenommen, so wanderte z. B. der IR-Transceiver von der oberen Seite des Gerätes an die Seite. Grund hierfür war, dass der Transceiver auf der Oberseite oft verdeckt war, entweder durch Finger oder entsprechende Boards, welche mit der GPIO-Leiste genutzt wurden. Auch das Layout der GPIO-Leiste änderte sich einige Male, bis es seine jetzige Form erhielt.

Ebenfalls erst im Laufe des Design- und Umsetzungsprozesses, erfolgte die Erweiterung des Gerätes um einen microSD-Slot, um Dinge wie Code-Datenbanken und Ähnliches zu speichern, welche im 1 Megabyte großen Flash-Speicher des Gerätes selbst keinen Platz finden würden.

Während des Prozesses wurden immer wieder Anpassungen an der Hardware und der entsprechenden Verdrahtung gemacht. So wurde unter anderem die Batterie mit einem entsprechenden Konnektor versehen, damit diese einfach wechselbar ist, falls der Akkumulator mit der Zeit nicht mehr die gewünschte Leistung liefert.

Produktion

Bei der Ankündigung des Flipper Zero war von einer Auslieferung im Februar 2021 die Rede, was aus unterschiedlichsten Gründen nicht eingehalten werden konnte. Allerdings war dies aus Sicht eines Backers nicht weiter tragisch, was auch der exzellenten Kommunikation des Teams hinter dem Gadget zu verdanken ist.

So gab es für die Backer und andere Interessierte einen tiefen Einblick in die Probleme bei der Entwicklung und der Produktion. Prozesse wie die Herstellung der Gehäuse per Spritzguss wurden erklärt und die Herausforderungen dabei beschrieben. Die späteren Schritte wie der Test der Hardware wurden ebenfalls ausführlich beleuchtet.

Auch in diesem Projekt gab es Probleme im Zusammenhang mit der Chipkrise, sodass sich bestimmte Bestellungen für Bauteile, wie dem Bildschirm, verzögerten. Das führte auch dazu, dass einige Redesigns vorgenommen werden mussten, um nicht lieferbare Komponenten zu ersetzen.

So erwies es sich zeitweise als schwierig weitere ICs für das Laden der Batterie zu erhalten, der eingesetzte BQ25896RTWR war nicht mehr zu beschaffen, was für entsprechende Verzögerungen sorgte.

Erster Eindruck

Je nach getätigter Bestellung kann und wird der Flipper Zero mit entsprechendem Zubehör wie der Silikonhülle geliefert.

Der Flipper Zero selbst, wird in einer kleinen Pappbox geliefert. Wer diese öffnet, erhält einen Blick auf eine kurze Anleitung, sowie einen Aufkleber.

Darunter befindet sich ein USB-C-Kabel, welches mitgeliefert wird, sowie eine Ebene tiefer der eigentliche Flipper Zero. Das Gerät selbst misst 100 × 40 × 25 mm und wiegt 102 Gramm und liegt damit angenehm in der Hand.

Der Flipper Zero im Außeneinsatz

Allerdings wirkt es zumindest in der Vorstellung des Autors etwas größer als die Produktfotos es erahnen ließen.

Gefertigt wird das Gehäuse aus Polycarbonat, ABS-Kunststoff und Polymethylmethacrylat, besser bekannt unter dem Namen Acrylglass. Spezifiziert ist das Gerät für eine Betriebstemperatur von 0 bis 40 Grad.

Bildschirm

Der Flipper Zero verfügt über ein 1.4 Zoll (3,56 Zentimeter) großes Display, mit einer Auflösung von 128 × 64 Pixeln. Der Bildschirm ist ein klassisches LCD bei einem Stromverbrauch von 400 nA, wenn das Backlight deaktiviert ist. Intern ist dieser Bildschirm per SPI angebunden.

Der Bildschirm selbst ist beim Flipper immer aktiviert, nur die Hintergrundbeleuchtung wird entsprechend zugeschaltet.

Die Wahl des Bildschirmes war für den Flipper Zero eine zentrale Entscheidung, so wurde praktisch das gesamte Gerät um den Bildschirm herum gebaut. In der Überlegung stand auch ein E-Ink-Display, allerdings wurden hier die Aktualisierungsraten als zu gering bewertet und sich stattdessen für ein entsprechendes LCD entschieden.

Überblick

Gesteuert wird das Gerät über eine Art Steuerkreuz, inklusive Mitteltaste, sowie dem Zurück-Button. Neben dem Bildschirm ist eine Status-LED verbaut.

Der Flipper ist der Verpackung entstiegen

An der Oberseite des Gehäuses befindet sich eine GPIO-Leiste zur Ansteuerung externer Hardware. Sie wird mit 3,3 Volt betrieben, ist aber 5 Volt tolerant. Die Schräge auf der linken Seite enthält den Infrarot-Transceiver.

Auf der Unterseite befindet sich der Slot für die microSD-Karte. Dieser wird unter anderem für die Datenbanken benötigt, welche die Firmware des Flipper Zero nutzt.

Auf der rechten Seite befindet sich die USB-C-Buchse, mit welcher das Gerät geladen und mit einem Rechner verbunden werden kann.

Zwischen dem microSD-Slot und der USB-C-Buchse findet sich noch eine Öse, an welcher ein Band befestigt werden kann. Mitgeliefert wird ein solches Band allerdings nicht.

Das Herz der Maschine

Herz des Flipper Zero ist der STM32WB55, einem Mikrocontroller von STMicroelectronics. In diesem befindet sich ein ARM Cortex M4, welcher mit 64 MHz getaktet ist und als Applikationsprozessor dient, sowie ein ARM Cortex-M0+ welcher mit 32 MHz getaktet ist und als Netzwerkprozessor dient. Daneben verfügt der Mikrocontroller über 1 Megabyte Flashspeicher und 256 KByte SRAM.

In der Theorie sollte der Flipper Zero mit einer Batterieladung ungefähr 30 Tage durchhalten. So zumindest die Aussage während der Kickstarter-Kampagne. Mittlerweile werden sieben Tage Laufzeit angegeben. Es handelt sich um eine LiPo-Batterie mit einer Kapazität 2000 mAh. Geladen wird diese über den USB-C-Anschluss des Flipper Zero.

Im Gerät selbst sind eine Vielzahl an meist drahtlosen Schnittstellen implementiert. Im Kontext des Gerätes werden diese auch als Subsysteme bezeichnet.

Sub-Ghz-System

Der Flipper-Zero besitzt eine Antenne für Frequenzen unterhalb eines Gigahertz, welche in Verbindung mit dem CC1101-Chip genutzt wird. In der Terminologie des Gerätes ist dies das sogenannte Sub-Ghz-System. Innerhalb dieses Frequenzbereiches bewegen sich eine Reihe von Geräten, wie Garagentore, Autoschlüssel, mehr oder weniger smarte IoT-Geräte, wie schaltbare Steckdosen, was nicht weiter verwunderlich ist, da ein Teil der Frequenzen unterhalb eines Gigahertz zu den ISM-Bändern gehören.

Auch wenn das System als Sub-Ghz-System bezeichnet wird, bedeutet dies nicht, dass mit dem Flipper Zero alle Frequenzen unterhalb eines Gigahertz genutzt werden können.

Der CC1101 von Texas Instruments wird als sparsamer Transceiver angeboten. Er unterstützt die Frequenzbänder 300–348 MHz, 387–464 MHz und 779–928 MHz. Damit stehen auch nur diese Frequenzen im Sub-Ghz-System zur Verfügung.

Im Flipper Zero befindet sich auch ein Frequenzscanner; mit dem innerhalb dieser Bänder ermittelt werden kann, auf welcher Frequenz das System sendet. Dazu wird der entsprechende Sender aktiviert, während der Frequenzscanner läuft.

Der Frequenzscanner in Verbindung mit einem Autoschlüssel

Signale können im Sub-Ghz-System auch roh aufgezeichnet werden. Allerdings sollte beachtet werden, dass es sich beim Flipper Zero nicht um ein Software Defined Radio (SDR) handelt und somit das Signal bei der Rohaufzeichnung nicht immer komplett aufgezeichnet wird.

RFID

Neben dem Sub-Ghz-System, werden 125 kHz RFID-Tags, welche auch als Low Frequency-Tags bekannt sind, unterstützt. Der Flipper Zero unterstützt mehrere Modulation, wie Amplitudenmodulation, Phasenumtastung und Frequenzumtastung im Zusammenhang mit diesen Tags.

Zu den unterstützten Karten zählen EM400x, EM410x, EM420x, HIDProx, Indala. Diese werden unter anderem zur Zugangskontrolle genutzt. Solche Karten können mit dem Flipper einfach ausgelesen und geklont werden.

Near Field Communication

Im Rahmen der erfolgreichen Kickstarter-Kampange kam die Unterstützung für Near Field Communication, kurz NFC hinzu, was das Gerät in diesem Bereich abrundet.

Bei RFID sind eine Reihe von Frequenzbereichen definiert, das Band zwischen 125 und 134,2 kHz (Low Frequency), das Band auf 13,56 MHz (High Frequency) und das Band zwischen 856 und 960 MHz (Ultra High Frequency).

NFC setzt ebenfalls auf der Frequenz 13,56 MHz auf und nutzt diese für entsprechende Übertragungen über kurze Entfernungen von wenigen Zentimetern.

Während RFID auf hohe Reichweite optimiert ist, meist primitive Protokolle nutzt, keine bzw. wenig Sicherheit bietet, sieht dies bei NFC-Tags anders aus. Hier wird auf komplexere Protokolle und kryptografische Absicherung gesetzt.

Im Gegensatz zu RFID ist bei NFC der bidirektionale Datenaustausch zwischen zwei Geräten möglich. Hier unterstützt das Gerät aktuell unterschiedlichste Standards, wie ISO-14443A/B, NXP Mifare® Classic/Ultralight/DESFire, FeliCa™ und die NFC Forum-Protokolle.

Damit ist das Gerät zu einer Vielzahl an Karten, wie Kreditkarten und dem Personalausweis kompatibel. Auch Zugangschips, wie sie in vielen Gebäuden benutzt werden, können ausgelesen werden. Je nach Möglichkeit wird nach der generellen Erkennung einer Karte; die Bearbeitung in einer speziellen Applikation innerhalb der Firmware vorgeschlagen.

Die UID wurde ausgelesen

Wird z. B. ein Mifare Classic eingelesen, so können anschließend mit der entsprechenden App die Schlüssel ausgelesen werden.

Auch Amiibos können emuliert werden

Grundsätzlich beherrscht der Flipper Zero bei allen Subsystemen nicht nur das Auslesen der Informationen, sondern auch die Emulation z. B. die entsprechender NFC-Tags. So ist z. B. die Emulation von Amiibos für die Nintendo Switch ohne Probleme möglich.

Bluetooth

Eine weitere Funktechnik, die der Flipper Zero beherrscht, ist Bluetooth Low Energy in Version 5, bei einer Datenrate von 2 Mbps.

Bluetooth muss hierbei in den Einstellungen der Flipper aktiviert werden, anschließend kann es unter anderem dafür genutzt werden sich mit der mobilen App zu verbinden.

Daneben befindet sich unter den Plugins eine Beispielapplikation zur Nutzung als Bluetooth-Fernbedienung.

Infrarot

Infrarot ist nicht erst seit dem Start des James-Webb-Teleskops in aller Munde. Der Flipper Zero verfügt über einen Infrarot-Transceiver zum Senden und Empfangen entsprechend kodierter Signale. Der Transceiver arbeitet bei einer Wellenlänge von 800 bis 950 nm.

In der Firmware selbst wird hierfür eine Applikation mitgeliefert, welche als eine Art Universalfernbedienung fungiert und per Wörterbuch-Attacke alle entsprechenden IR-Codes sendet, um den Kanal zu wechseln oder das Gerät abzuschalten. Damit wäre es beispielhaft möglich im Elektronikmarkt alle Fernseher abzuschalten; auch wenn es sicherlich sinnvollere Varianten der Nutzung gibt.

iButton

Eine kontaktbehaftete Schnittstelle, welche vom Flipper Zero unterstützt wird, ist die iButton-Schnittstelle. Diese auch als Dallas Touch Memory bekannte Technik wird z. B. zur Zugangskontrolle in Gebäuden benutzt.

Die Kontaktpunkte für die Schnittstelle

Hierbei wird der iButton auf eine entsprechende Schnittstelle gelegt und ein mechanischer und elektrischer Kontakt hergestellt. Anschließend findet die Kommunikation über 1-Wire statt.

Hierfür wurde am Flipper Zero eine Kontaktmöglichkeit auf der Unterseite des Gerätes geschaffen, mit welcher die entsprechende Hardware ausgelesen, beschrieben und emuliert werden kann. Unterstützt werden die Protokolle CYFRAL und Dallas DS1990A.

GPIO

Die Einsatzmöglichkeiten des Flipper Zero sind nicht nur auf Funktechnologien beschränkt. Über die GPIOs, welche sich oben am Gehäuse befinden, kann das Gerät mit externer Hardware verbunden werden.

Die GPIO-Leiste des Flipper Zero

Damit ist es möglich den Flipper für das Flashen von Hardware oder das Debugging und Fuzzing zu benutzen. Über diese Funktionalität kann das Gerät auch als USB-UART-Bridge genutzt werden.

Der Flipper Zero unterstützt die Spannungen 3,3 und 5 Volt, wobei letztere in den Einstellungen aktiviert werden muss. Pro Pin werden maximal 20 mA geliefert.

Im Shop des Herstellers werden unter anderem Entwicklungsboards mit Wi-Fi und entsprechende Prototyping-Boards angeboten.

Visuell, Taktil und Musikalisch

Neben dem Bildschirm gibt der Flipper Zero über eine LED, einen Buzzer, sowie per Vibration Rückmeldung an die Außenwelt und den Nutzer. Der eingebaute Buzzer arbeitet in einer Frequenz von 100 bis 2500 Hz, bei einer maximalen Lautstärke von 87 dB.

Das Plugin MusicPlayer auf dem Flipper Zero

Er kann mit der in der Firmware integrierten Musik-App getestet werden. In den Einstellungen kann die Lautstärke generell auf null reduziert werden, sodass das Gerät auch weniger auffällig benutzt werden kann.

Bad USB und U2F

Über den USB-Port, kann das Gerät zum Pentesting per USB genutzt werden. Diese als Bad USB firmierte Technik, emuliert eine USB-Tastatur und kann entsprechende Skripte ausführen. Dazu wird das gewünschte Skript ausgewählt und das Gerät an den Rechner der Wahl angeschlossen.

Als Skriptsprache wurde Ducky Script implementiert, sodass eventuell vorhandene Skripte übernommen werden können. Bekannt ist Ducky Script durch Rubber Ducky, einem Keystroke-Injection-Tool.

Genutzt wird diese Funktionalität z. B. bei Sicherheitsüberprüfungen von Unternehmen, bei welchen als gewöhnliche USB-Sticks getarnte Bad USB-Geräte vor oder im zu testeten Unternehmen platziert werden. Die Hoffnung ist es, dass der Finder dieser Sticks diese am Arbeitsrechner anschließt und damit die entsprechenden Skripte zur Ausführung bringt.

Natürlich kann das Ganze auch für unlautere Zwecke genutzt werden. Damit handelt sich um eine der vielen Dual-Use-Funktionalitäten des Flipper Zero.

Daneben gibt es Unterstützung für U2F, also für eine entsprechende Zwei-Faktor-Authentifizierung, wie sie z. B. auch mit dem YubiKey umgesetzt wird.

Einrichtung

Nachdem der Flipper Zero ausgepackt wurde, kann mit der Ersteinrichtung begonnen werden. Der Flipper Zero verfügt über einen microSD-Port, in welchem eine entsprechende microSD-Karte hinterlegt werden sollte. Bei zu kurzen Fingernägeln, kann der Vorgang des Einsetzten der Karte etwas unpraktisch sein, ist aber mit etwas Geschick zu bewerkstelligen.

In der Theorie funktioniert das Gerät auch ohne eine entsprechende microSD-Karte, allerdings ist die Praktikabilität etwas eingeschränkt, da auf der microSD-Karte entsprechende Datenbanken und Ähnliches gespeichert werden.

Eine microSD-Karte wird nicht mitgeliefert. Bei der Wahl der Karte sollte auf Karten von Markenherstellern gesetzt werden. Hintergrund ist, dass der Flipper Zero per SPI-Modus auf die Karten zugreift, während bei einem Rechner im Normalfall mit dem SDIO-Modus gearbeitet wird.

Bei günstigen microSD-Karten ist die Unterstützung für den SPI-Modus in vielen Fällen fehlerhaft oder unzureichend implementiert und kann zu Problemen führen.

Unterstützt werden microSD-Karten bis zu einer Kapazität von 128 GB, allerdings genügt in den meisten Fällen eine Karte mit einer Kapazität von 16 oder 32 GB. Die microSD-Karte für den Flipper Zero kann FAT32 oder exFAT formatiert sein.

Die Formatierung kann auch über das Gerät selbst vorgenommen werden, sodass hier keinerlei Vorbereitung am Rechner notwendig ist. Dabei wird die microSD-Karte bis zu einer Größe von 32 GB mit FAT32 formatiert, darüber hinaus mit exFAT.

Firmware-Update

Da der Flipper Zero mit einer relativ alten Firmware ausgeliefert wird, sollte im ersten Schritt die entsprechende Firmware aktualisiert werden. Dazu soll laut Anleitung die Webseite update.flipperzero.one besucht werden, welche die entsprechenden Möglichkeiten des Updates aufzeigt.

Angeboten werden zwei Möglichkeiten, das Gerät zu aktualisieren. Bei der ersten Möglichkeit wird die Applikation qFlipper genutzt, welche als Desktop-Anwendung unter Linux, macOS und Windows zur Verfügung steht.

Daneben existiert mittlerweile auch die Möglichkeit das Gerät über die entsprechende mobile App (iOS, Android) zu aktualisieren. Allerdings steht diese Möglichkeit erst neueren Firmware-Versionen zur Verfügung, sodass bei der Erstaktualisierung die qFlipper-Applikation genutzt werden muss.

‎Flipper Mobile App
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Flipper Mobile App
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Neben diesen beiden Methoden wird unter my.flipp.dev an einer Methode gearbeitet, die Aktualisierung über den Browser vorzunehmen. Diese wird allerdings noch als experimentell eingestuft und sollte nicht genutzt werden.

Das Firmware-Update wird durchgeführt

Nachdem Start der Applikation kann der Flipper Zero mit dem Rechner verbunden werden. Wurde dieser erkannt, kann das Update gestartet werden.

qFlipper weist auch darauf hin, ob eine microSD-Karte im Gerät erkannt wurde. Auch ohne microSD-Karte kann die Firmware-Aktualisierung vorgenommen werden. Wird später eine entsprechende Karte im Gerät installiert, können die entsprechenden Datenbanken ebenfalls über qFlipper auf diesem installiert werden.

Die eigentliche Aktualisierung selbst dauert nur knapp eine bis zwei Minuten und ist relativ schnell abgeschlossen. Damit ist das Gerät einsatzbereit und kann genutzt werden.

Der grüßende Delfin

Am Anfang begrüßt der Cyberdelfin den Nutzer und bedankt sich unter anderem für die Unterstützung auf Kickstarter. Anschließend kann das Gerät genutzt werden.

Der Delfin bedankt sich für die Unterstützung

Der Delfin ist hierbei eine Anspielung auf die Kurzgeschichte Johnny Mnemonic, von William Gibson, in welcher ein entsprechender Cyberdelfin mit dem Namen Jones vorkommt.

Die Steuerung erfolgt, wie oben erwähnt, über das Steuerkreuz und den Bestätigungs- bzw. Zurück-Button.

Mit einem Druck des Rechts-Button wird der Pass des Cyberdelfins angezeigt. Der Cyberdelfin ist ein elementarer Bestandteil des Flipper Zero und soll eine Art Tamagotchi-Erlebnis liefern. Neben einem Namen, der automatisch für das Gerät vergeben wird, verfügt der Delfin über ein Level, das aktuell bis Level 3 gesteigert werden kann. Dieses Level steigt mit der Nutzung Flipper Zero. Daneben verfügt der Delfin über eine Gemütslage, von Glücklich zu Okay bis hin zu Schlecht. Der Name wird bei der Produktion fest vergeben. Dazu wurde ein neuronales Netz mit den Namen der Pokémon trainiert.

Ein Druck auf den Oben-Button führt zum Sperrmenü des Flipper Zero. In diesem kann das Gerät gesperrt werden, eine PIN gesetzt und in der Theorie der sogenannte DUMB mode aktiviert werden.

In diesem noch nicht implementierten Modus, soll das Gerät nur noch Spiele spezifische Funktionalität anzeigen und somit wie ein Spielzeug aussehen, falls es einmal unauffälliger zugehen soll.

Die Links- und Unten-Buttons können im Menü frei belegt werden und sind im Auslieferungszustand mit dem Sub-Ghz-System und dem NFC-System belegt.

Ein Druck auf die mittlere Taste öffnet das Menü. Neben dem Zugriff auf die unterschiedlichen Subsysteme finden sich hier die Einstellungen und die Plugins. Eines der Plugins ist das Spiel Snake, sodass Freunde eines alten Nokia-Telefons auf ihre Kosten kommen.

In den Einstellungen können Informationen zur Hardware eingesehen werden, das System konfiguriert und Informationen über den genauen Stromverbrauch des Gerätes ermittelt werden.

Neben der Bedienung über das Menü- bzw. das Steuerkreuz gibt es einige Spezialkombinationen. Für einen Neustart z. B. wird das Steuerkreuz nach links gedrückt und gleichzeitig die Zurück-Taste für einige Momente gedrückt. Der Neustart ist nach knapp zwei Sekunden abgeschlossen und das Gerät kann dann wieder genutzt werden.

Kompanion-Applikationen

Bei Firmware-Upgrade wurde bereits erläutert, dass es für den Flipper Zero unterschiedliche Applikationen existieren. Diese sollen noch einmal kurz im Detail beleuchtet werden.

qFlipper

Die Applikation qFlipper, dient unter anderem der Aktualisierung des Gerätes. Daneben können dort Informationen über die Firmware und die Datenbanken ermittelt werden.

qFlipper bietet ein Update an

Was die Firmware-Aktualisierungen betrifft, ermöglicht qFlipper die Auswahl der entsprechenden Channels, sodass der Flipper Zero auch mit der Entwicklungsfirmware bespielt werden kann.

Auch ein Zugriff auf die microSD-Karte ist über qFlipper möglich, sodass über diesen Weg Dateien auf die microSD-Karte gelegt werden können oder von dort heruntergeladen werden können.

Der Quelltext der App ist auf GitHub verfügbar und unter der GPL3 lizenziert und damit freie Software. Technisch handelt es sich um eine in C++ geschriebene Applikation, welche das Qt-Framework nutzt.

App für Mobilgeräte

Neben qFlipper existieren für iOS und Android entsprechende mobile Apps. Mit dieser kann die Firmware ebenfalls aktualisiert werden und es können interne Informationen über das Gerät eingesehen werden.

Über die mobilen Apps können unter anderem die ausgelesenen Schlüssel verwaltet werden

Ein wichtiges Feature der Applikation ist die Verwaltung eingelesener Schlüssel und Ähnlichem. Über den Archive-Tab der Applikationen können diese bequem verwaltet und entsprechend benannt werden.

Zwar verfügt der Flipper Zero über eine Bildschirmtastatur, über welche die Schlüssel benannt werden können, allerdings ist dies mit den mobilen Applikationen wesentlich angenehmer.

Auch das Streaming des Bildschirminhaltes des Flipper Zero, z. B. für Screenshots, ist mit der App möglich. Genau wie die qFlipper-Applikation enthalten die mobilen Apps einen Dateimanager, um auf den internen und externen Speicher des Flipper Zero zuzugreifen.

My Flipper

Neben diesen nativen Applikationen existiert mit My Flipper eine Webapplikationen, welche aktuell nur im Browser Chrome funktioniert. Geschuldet ist dies der Nutzung der Web Serial API.

Die Webapplikation My Flipper

Über die Webapplikation, können Spielereien vorgenommen werden, z. B. die Nutzung des Flippers als Ausgabegerät für Zeichnungen, welche in der Webapplikation vorgenommen werden oder auf die Kommandozeile zugegriffen werden.

Kommandozeile

Dies funktioniert auch per Terminal z. B. unter macOS. Dazu muss nach dem Anschluss des Flipper Zero das entsprechende Gerät ermittelt werden:

ls /dev/cu.usbmodemflip*

Nun kann sich mit dem Gerät verbunden werden:

screen /dev/cu.usbmodemflip_Uchfun1

Über die Kommandozeile können unter anderem die GPIO-PINs gesteuert werden.

Dokumentation und Community

Mit docs.flipperzero.one verfügt der Flipper Zero über eine entsprechende Dokumentation, welche im Moment allerdings noch an vielen Stellen lückenhaft oder nicht vorhanden ist.

Wohl unter anderem deshalb sucht Flipper Devices nach einem Technical Writer.

Allerdings hilft die Community bei vielen Fragen rund um das Gerät weiter. Neben dem offiziellen Forum existiert ein entsprechender Discord-Server.

Eine weitere Auflistung rund um die Community und interessanter Projekte rund um den Flipper Zero findet sich bei Awesome Flipper, welches sich als guter Einstiegspunkt anbietet.

Die offiziellen Applikationen rund um den Flipper Zero, sowie die Firmware sind auf GitHub verfügbar. Die mobilen Applikationen sind unter der MIT-Lizenz, qFlipper und die Firmware unter der GPL3 lizenziert und damit freie Software.

Made in Russia

Mit dem Projekt, wurde die Firma Flipper Devices Inc., nach US-amerikanischem Recht gegründet und registriert, bei welcher es sich, zumindest was den Sitz in den USA angeht, um eine Briefkastenfirma handelt.

Das eigentliche Büro des Projektes bzw. der Firma befindet sich Moskau. Mit der Invasion der Ukraine stellte sich die Frage, ob die Geräte aufgrund der politischen Lage noch ausgeliefert werden. Das Team formulierte seine Gedanken und die entsprechenden Informationen darüber klar:

Our team consists of both Ukrainians and Russians. And all of us have friends and relatives on both sides. We are all very worried about the ongoing events and consider it necessary to speak out.

We are radically against the ongoing „special military operation*“ and none of our team members support it. All sensible Russian-speaking professionals in the IT industry adhere to the same opinion.*

We want to live and develop in a peaceful, professional, and competitive environment where the main values are honesty, common sense, laws, and human rights. Where contracts are respected, institutions work, and international business can be created.

Current events will not affect the Flipper Zero production in any way, and all ordered devices will be shipped to backers and those who have pre-ordered, though there may be delays for customers from the CIS countries due to logistics disruptions in the region.

*We refer to these events using the „officially approved“ wording in order to comply with the new law, violation of which is punishable by up to 15 years in prison.

Hier bleibt es zu beobachten, wie sich die Lage in den nächsten Jahren entwickelt und ob dies die Weiterentwicklung des Gerätes beeinträchtigt.

Fazit

Nachdem das Projekt bei Kickstarter ein großer Erfolg wurde, änderte das Team seine Pläne hinweg von einer Kleinserie für wenige Professionelle hin zu einem professionellen Anbieter von Pentesting-Geräten. Neben dem eigenen Shop soll in Zukunft auch über Plattformen wie Amazon geliefert werden.

Auf der Hardware-Seite erhält der Nutzer ein ausgereiftes Gerät und auch die Firmware weiß an einigen Stellen bereits zu glänzen, auch wenn es hier noch weiterführende Pläne gibt.

Aktuell findet der Support für das dynamische Laden von ELF-Binäries für die Plugins in der Erprobung. Im Moment müssen diese direkt mit der Firmware kompiliert und anschließend die Firmware geflasht werden. Das eröffnet die Möglichkeit, unterschiedlichste Plugins einfach mit dem Gerät nutzen zu können.

Bis zur Version 1 der Firmware, soll unter anderem die Dokumentation wesentlich verbessert und die Anzahl der unterstützten Funkprotokolle erhöht werden.

Die Kompanion-Applikationen wirken ausgereift und werden sicherlich in Zukunft durch entsprechende Updates aufgewertet.

Während das Gerät für Backer 119 US-Dollar kostete, beträgt der reguläre Retail-Preis 169 US-Dollar. Bestellt werden kann es über den offiziellen Shop, wobei mit längeren Lieferzeiten zu rechnen ist. Wer als Kickstarter-Backer seinen Flipper Zero noch nicht in den Händen hält, kann den aktuellen Status der Auslieferung auf ship.flipp.dev verfolgen.

Alles in allem erhält der Nutzer ein Gerät, welches viele Funktionalitäten, welche es früher nur einzeln gab, in einem kompakten System zusammenfasst. Mit weiteren Verbesserungen und Erweiterungen der Firmware und Kompanion-Applikationen wird der Flipper Zero zu einem wertvollen Begleiter.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Golem.de und ist hier in einer alternativen Variante zu finden.