Datensicherung/ Risiken/ Hardware

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Inhaltsverzeichnis 1 Physikalisch-chemischen Vorgänge 2 Softwarefehler der Firmware 3 Absichtliche oder fahrlässige Verstöße gegen Spezifikationen 4 Umwelteinflüsse 5 Spannungsspitzen und Spannungsausfälle 6 Chemische Einflüsse 7 Steck- und Lötverbindungen 8 Anmerkungsverzeichnis

[Bearbeiten] Physikalisch-chemischen Vorgänge

Durch welche physikalisch-chemischen Vorgänge werden magnetisch gespeicherte Daten zerstört?

• Das Erdmagnetfeld wirkt zwar schwach, aber ausdauernd auf die Magnetisierung ein.
• Die Magnetfelder benachbarter, unterschiedlich magnetisierter Bits wirken aufeinander ein und schwächen sich gegenseitig:
  • Bei Magnetbändern wirkt die Magnetisierung durch das Trägermaterial hindurch und schwächt die Aufzeichnung ab. Deshalb sollten Magnetbänder jedes Jahr umgewickelt werden und alle zwei bis drei Jahre umkopiert werden.
  • Die Bits auf einer Festplatte sind so winzig und liegen so dicht hintereinander in der Spur, dass sie sich allmählich gegenseitig ummagnetisieren. Es dürfte eine gute Idee sein, eine „abgelagerte“ Festplatte jedes Jahr anzuschließen und zu defragmentieren, um dadurch die Daten neu zu schreiben.
• Wenn eine Festplatte jahrelang nicht benutzt wird, kann das Schmiermittel der Festplattenlager hart werden und verharzen.

Durch welche physikalisch-chemischen Vorgänge werden Datenträger zerstört?

• Chemische Prozesse führen zur Zersetzung:
  • Das Trägermaterial zerfällt allmählich. Besonders anfällig ist das für CD/DVD verwendete Polycarbonat.
  • Das Trägermaterial trübt sich ein.
  • Die Klebstoffe zersetzen sich, mit denen die Schichten verklebt sind.
  • Chemische Reaktionen mit der Verpackung der Datenträger ^[1]
• Auch die Elektronik der Laufwerke ist anfällig:
  • Elektrolytkondensatoren trocknen aus
  • Das BIOS von Festplatten und optischen Laufwerken ist in EPROMs gespeichert, die eine Haltbarkeit in der Größenordnung von zehn Jahren haben, bis die Bits verloren gehen.
  • Energiereiche kosmische Teilchen dringen gelegentlich bis zur Erdoberfläche vor. Hier können sie zu Einzelbit-Datenfehlern führen. ^[2] Auf hohen Bergen und im Flugzeug ist die Strahlung um ein Vielfaches stärker.
  • Kontakte können durch Korrosion oder nachlassende Federkraft unsicher werden. Ein einziges falsches Bit kann in einem unpassenden Moment in Sekundenbruchteilen die Verwaltungstabellen der Festplatte zerstören, wodurch der gesamte Festplatteninhalt verloren geht.^[3]
  • Kontaktprobleme können auch innerhalb der Festplattenelektronik auftreten. ^[4]

[Bearbeiten] Softwarefehler der Firmware

Jede nicht-primitive Software enthält Fehler, auch die Firmware (das BIOS der Festplatte) macht keine Ausnahme. Die Festplatte verwaltet einen eigenen Cache-Speicher. Dazu kommen die S.M.A.R.T. Funktionen, die sehr komplex sind. Einerseits werden von der Software kleine Fehler rechtzeitig entdeckt und behoben, andererseits erfolgt oft eine rechtzeitige Warnung vor dem Eintritt größerer Fehler. Leider nimmt mit der Komplexität der Firmware auch deren Ausfallwahrscheinlichkeit zu. Hier einige Fehlerbeschreibungen, die alle auf fehlerhafte Firmware zurückzuführen sind:

• http://www.dataclinic.co.uk/data-recovery-western-digital-caviar.htm
• http://www.dataclinic.co.uk/hard-disk-smooth-l7250.htm
• http://www.dataclinic.co.uk/data-recovery-western-digital-wd-series.htm
• http://www.dataclinic.co.uk/data-recovery-maxtor-dx541-2b020h1.htm
• http://www.dataclinic.co.uk/maxtor-glist-corruption.htm
• http://www.dataclinic.co.uk/data-recovery-maxtor-diamondmax-10.htm

[Bearbeiten] Absichtliche oder fahrlässige Verstöße gegen Spezifikationen

• Auf Seagate-Festplatten brannte eine Schutzdiode durch, wenn ein Netzteil zu langsam auf gelegentlich auftretende Überspannungsspitzen reagiert hat. Der Hersteller der Schutzdiode hatte es nicht für möglich gehalten, dass es derart schlechte Netzteile geben könnte. ^[5]
• Auf zahlreichen Platinen werden Kondensatoren mit ungenügender Spannungsfestigkeit verbaut. Eine um den Mittelwert von 12 Volt schwankende Spannung mit Kondensatoren stabilisieren zu wollen, die maximal mit 12,6 Volt belastet werden dürfen, ist fahrlässig, aber es senkt die Herstellungskosten.
• Der überwiegende Teil der externen Festplatten wird bei mehrstündigem Betrieb zu heiß.
• Bei der Hälfte der untersuchten PCs war die Kühlung des Computers und vor allem der Festplatte ungenügend, obwohl eine geringfügige Änderung am Gehäuse oder eine veränderte Einbauposition der Festplatte die Kühlung deutlich verbessert hätte. Überhitzung ist langfristig der größte Feind der Festplatte.
• Auf zahlreichen Maxtor-Festplatten kam es zu Überhitzungen eines Chips. Nach kurzzeitigen „Aussetzern“ brannte schließlich der Chip durch. ^[6]

[Bearbeiten] Umwelteinflüsse

Wird der Computer, eine externe Festplatte, ein optisches oder magnetisches Laufwerk nach einem längeren Aufenthalt in der Kälte in einen warmen Raum getragen, droht Gefahr:

• Es kann sich Kondenswasser auf der Elektronikplatine bilden, was zu Kriechströmen und Kurzschlüssen führen kann.
• Kondenswasser kann sich sogar im Inneren der Festplatte bilden. ^[7] Ein Zusammenstoß eines Wassertröpfchens mit dem Lesekopf kann diesen beschädigen.
• Bauteile dehnen sich bei Erwärmung aus, je nach Material unterschiedlich: Kupfer 16, Aluminium 23, Zink 36, Polyethylen 100 bis 250, Porzellan 3 (Angaben in Millionstel der Länge pro °C). Das scheint sehr wenig zu sein. Zum Vergleich: Der Schwenkarm der Festplatte ist etwa zwei Millionen mal länger als der Abstand der Köpfe von der Festplatte. Schon eine kleine Verbiegung kann zu einem Aufsetzen des Kopfes führen.

Außerdem sollte man nie vergessen,

• dass eine erhöhte Betriebstemperatur die Lebenserwartung der Festplatte verkürzt ^[8]
• dass sich das Trägermaterial von optischen, magnetischen und anderen Datenträgern bei höherer Lagertemperatur schneller zersetzt
• dass speziell bei externen Festplatten äußere Krafteinwirkungen (Runterfallen etc..) im Betrieb den Datenträger beschädigen könnten

[Bearbeiten] Spannungsspitzen und Spannungsausfälle

Einige Beispiele, wodurch gefährliche Überspannungen entstehen können:

• Blitzeinschlag
  • in den Blitzableiter des eigenen Hauses oder des Nebenhauses
  • in die Überlandleitung
• Überspannungsspitzen durch Schaltvorgänge auf Hochspannungsleitungen
• Überspannungen auf der Telefon/DSL-Leitung
• Elektrostatische Aufladungen

Selbst ein kurzer Stromausfall von ein 50 bis 100 Millisekunden kann zum Absturz des Computers führen. Wenn der PC zum Zeitpunkt des Stromausfalls mit dem Schreiben auf die Festplatte beschäftigt ist, sind Schäden an einigen oder vielen Dateien wahrscheinlich. Wobei treten solche Unterbrechungen auf?

• Schaltvorgänge des Stromversorgers
• Sicherung „brennt durch“ wegen
  • Überlastung des Stromkreises
  • Anschließen eines defekten Gerätes, z. B. Austausch einer defekten Glühlampe
• Elektrikerarbeiten im Haus

[Bearbeiten] Chemische Einflüsse

Die Chemie magnetischer Datenträger

Die Magnetschicht besteht aus magnetisierbaren Partikeln, die in eine Polymerschicht eingebettet sind. Als magnetisierbares Material wird Fe₂O₃, CrO₂, BaFe oder Metallpartikel (MP) verwendet. Für das Trägermaterial wird oft Polyester-Urethan verwendet. Dieses zerfällt unter Einfluss von Feuchtigkeit zu Alkohol und Carboxylsäure. Bei 20°C und 30% Luftfeuchtigkeit erreicht dieser Hydrolyseprozess ein Gleichgewicht, bei dem der Datenträger funktionsfähig bleibt. Bei feuchter Lagerung wird der Datenträger klebrig, der Abrieb verstärkt sich, schließlich löst sich die Schicht ab. Durch lange Lagerung in völlig trockener Wärme kann der Schaden verringert werden. ^[9]

Aggressive Gase wie Stickoxid, Chlor und Schwefelwasserstoff führen zu Korrosionsschäden an den Magnetpartikeln. Deren Magnetismus lässt nach, wodurch sich die Signalamplitude beim Lesen verringert. ^[10]

Die Chemie optischer Datenträger

Als Trägermaterial für CD und DVD wird ein Polycarbonat verwendet. Das Material wird selbst bei normaler Lagerung allmählich spröde, es kann zu Ausgasungen kommen. Die Sprödigkeit stört beim Lesen mit geringer Drehzahl wenig, bei hoher Drehzahl kann aber das Material zerreißen. ^[11]

Ein weiteres Problem ist der bei beschreibbaren Scheiben verwendete Farbstoff. Hauptsächlich verfärbt er sich durch die Hitze des Brenn-Laserstrahls. Allerdings verfärbt er sich auch bei geringeren Temperaturen, wenn auch sehr langsam. Langzeitversuche ergaben eine Vergrößerung der Blockfehlerrate und der Spurstabilität. ^[12] Mittlerweile gibt es eine Menge verschiedener Farbstoffverbindungen. Die Stiftung Warentest hat festgestellt, dass die meisten einmal-beschreibbaren Rohlinge eine miserable Lichtbeständigkeit haben, während die RW-Rohlinge höchst empfindlich gegen Wärme und Kälte sind. ^[13] Da man jahreszeitliche Temperaturschwankungen bei der Lagerung kaum vermeiden kann, sind im Dunkeln gelagerte einmal beschreibbare Medien deutlich langlebiger als mehrmals beschreibbare.

Chemie und die Elektronik

Bei Fujitsu-Festplatten kam es zu Kurzschlüssen der Elektronik, weil ein Zulieferer ein ungeeignetes Flammschutzmittel verwendet hatte. ^[14]

Für das Gehäuse des Schaltkreises „Cirrus Logic CL-SH8671-450E“ wurde ein neuartiges Polymer verwendet. Unter erhöhter Temperatur und Feuchtigkeit zersetzte sich ein Teil des Gehäusematerials. Die dabei entstehende Phosphorsäure korrodierte die Kontakte, bis die Festplatte vom BIOS nicht mehr erkannt wurde. Wenn der Fehler auftrat, war die Garantie meist gerade abgelaufen. Durch Reinigen der Kontakte von Chip und Fassung konnten oft die Daten gerettet werden. ^[15]

[Bearbeiten] Steck- und Lötverbindungen

Wo sich Metalle lange Zeit berühren, beginnen Oberflächenatome zu diffundieren. Vermutlich kennen Sie das Problem: Sie ziehen eine Schraube mäßig an, und nach ein paar Monaten oder Jahren sitzt sie fest wie angeschweißt. Im Computer stört es kaum, wenn die Schrauben fest sitzen. Es gibt ein anderes Phänomen: Es bilden sich sogenannte „intermetallische Phasen“, welche den Übergangswiderstand vergrößern.

Steckt man eine Zink- und eine Kohleelektrode in eine leitfähige Lösung, erhält man eine Batterie. Das geht nicht nur mit Zink und Kohle, sondern zwischen beliebigen Metallen ^[16]. Wo sich Silber und Gold berühren, entsteht eine Spannung von 0,6 Volt. An jeder Lötstelle, aber auch an Schraub- und Steckkontakten, treffen zwei oder drei verschiedene Metalle aufeinander. Wo sich Silber und Gold berühren, entsteht eine Spannung von 0,6 Volt. Zwischen Kupfer und Zinn sind es 0,21 Volt. Sobald Spuren von Feuchtigkeit dazukommen, bildet sich ein galvanisches Element. Der entstehende Stromfluss führt zu einer unabwendbaren Korrosion.

Thermisch beanspruchte Lötverbindungen

Lötstellen unterliegen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien ständig wechselnden mechanischen Belastungen. Bei jeder Erwärmung und Abkühlung der Baugruppe entstehen mechanische Spannungen. Große, heiß werdende Widerstände und Leistungshalbleiter sind besonders belastet. Bei Verwendung von herkömmlichen Bleilot gibt es nach zehn bis fünfzehn Jahren die ersten kalten Lötstellen, was Ihnen jeder Fernsehmonteur bestätigen kann. Seit 2005 gilt in Deutschland die RoHS-Verordnung^[17], welche die Verwendung von Blei zum Löten verbietet. Leider haben die meisten bleifreien Lote eine schlechtere Langzeitstabilität als Bleilot, wir müssen also langfristig mit anfälliger werdenden Lötstellen rechnen. Deshalb darf ausnahmsweise für sicherheitsrelevante Anwendungen (medizinische Geräte, Überwachungs- und Kontrollinstrumente, Autoelektronik und das Militär) weiterhin Bleilot verwendet werden. Abschätzungen über die Langzeit-Zuverlässigkeit der neuen Verfahren sind bisher noch kaum möglich. Gold-Zinn-Lot hat eine gute Langzeitstabilität, aber einen zu hohen Schmelzpunkt, wodurch es nur eingeschränkt verwendbar ist, vom Preis mal abgesehen.