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Risiken durch HardwareBearbeiten

  • Überhitzung schnell drehender Festplatten,
  • Dauerbetrieb von Festplatten, die nicht für Dauerbetrieb ausgelegt sind,
  • Vibrationen im Betrieb oder Erschütterungen beim Transport können zu Kopfaufsetzern führen,
  • Überhitzung des Prozessors (der sogenannte „plötzliche P4 Tod“ [1]) und andere Elektronik-Ausfälle können zu Schäden am Dateisystem führen.

Physikalisch-chemische VorgängeBearbeiten

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
  • 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.

Softwarefehler der FirmwareBearbeiten

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. Die SMART-Software entdeckt und behebt kleine Fehler rechtzeitig und kann bei einer allmählichen Verschlechterung der Festplattenparameter warnen, wenn die Parameter kritisch werden. Leider nimmt mit der Komplexität der Firmware auch deren Ausfallwahrscheinlichkeit zu. Hier einige Fehlerbeschreibungen, die alle auf fehlerhafte Firmware zurückzuführen sind:


Verstöße gegen SpezifikationenBearbeiten

Gegen Spezifikationen wird sowohl aus Unkenntnis, fahrlässig als auch absichtlich verstoßen.

  • 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. [4]
  • 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. [5]

UmwelteinflüsseBearbeiten

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. [6] 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 [7]
  • 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

Spannungsspitzen und SpannungsausfälleBearbeiten

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

Chemische EinflüsseBearbeiten

Die Chemie magnetischer Datenträger

Die Magnetschicht besteht aus magnetisierbaren Partikeln, die in eine Polymerschicht eingebettet sind. Als magnetisierbares Material werden Fe2O3, CrO2, BaFe oder Metallpartikel (MP) verwendet. Für das Trägermaterial wird oft Polyester-Urethan verwendet. Unter Einfluss von Feuchtigkeit zerfällt das Material im sogenannten „Hydrolyse“-Prozess zu Alkohol und Carboxylsäure. Bei 20°C und 30% Luftfeuchtigkeit erreicht der 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 dieser Schaden teilweise rückgängig gemacht werden. [8]

Aggressive Gase wie Stickoxid, Chlor und Schwefelwasserstoff führen zu Korrosionsschäden an den Magnetpartikeln. Deren Magnetismus lässt nach, wodurch sich die Signalstärke beim Lesen verringert. [9]

Die Chemie optischer Datenträger

Als Trägermaterial für CD und DVD wird ein Polycarbonat verwendet. Dieses 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. [10]

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. [11] Mittlerweile verwenden die Hersteller eine große Anzahl 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. [12] Die Scheiben im Dunkeln zu lagern sollte kein Problem sein, aber jahreszeitliche Temperaturschwankungen bei der Lagerung lassen sich kaum vermeiden. Deshalb sind die weniger temperaturempfindlichen einmal beschreibbaren Medien besser für eine lange Lagerung geeignet als mehrmals beschreibbare.

Chemie und die Elektronik

Bei Fujitsu-Festplatten kam es zu Kurzschlüssen der Elektronik, weil ein Zulieferer ein ungeeignetes Flammschutzmittel verwendet hatte. [13]

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. [14]

Steck- und LötverbindungenBearbeiten

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 [15]. 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

Die elektronischen Bauteile sind auf Leiterplatinen aufgelötet. Jeder PC hat tausende Lötstellen. Nach dem Einschalten erwärmt sich der PC von 20° auf stellenweise bis 70° C. Die im PC verwendeten Materialien dehnen sich unterschiedlich aus, dabei entstehen mechanischen Belastungen. Große, heiß werdende Widerstände und Leistungshalbleiter (die Spannungsregler im Netzteil und auf der Hauptplatine) sind besonders belastet. Bei herkömmlichem Bleilot gibt es nach zehn bis fünfzehn Jahren die ersten Wackelkontakte (sogenannte „kalte“ Lötstellen), was Ihnen jeder Fernsehmonteur bestätigen kann.

Leider gilt seit 2005 in Europa die RoHS-Verordnung, welche die Verwendung von Blei zum Löten verbietet. Es gibt zahlreiche alternative Lötlegierungen, doch keine reicht qualitativ an Bleilot heran. Die meisten bleifreien Lote sind schwierig zu verarbeiten und haben eine schlechte Langzeitstabilität. Ausnahme: Gold-Zinn-Lot ist langzeitstabil, hat aber einen zu hohen Schmelzpunkt, mal abgesehen vom Preis.

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.

Ungeahnte Risiken durch neueste Technologien

Notebooks werden in einem beträchtlichen Ausmaß verloren oder gestohlen. Um einen Konkurrenten auszuspionieren, braucht man heute nicht mehr in die Firma einzubrechen – einem der Ingenieure nachts das Notebook aus der Wohnung zu stehlen oder es ihm auf dem Parkplatz zu entwenden ist erheblich weniger riskant. Wenn vertrauliche Forschungs- und Finanzunterlagen in die Hände der Konkurrenz gelangen, kann der Schaden gewaltig sein. Deshalb verschlüsseln neuere Notebook-Festplatten sämtliche Daten beim Schreiben und Lesen automatisch. Sofort nach dem Einschalten des Notebooks muss der Schlüssel eingegeben werden. Wer den Schlüssel nicht kennt, kommt nicht an die Daten heran. Theoretisch jedenfalls.

Allerdings verwenden die meisten Benutzer viel zu simple Passwörter, die von Profis in wenigen Minuten oder Stunden zu „knacken“ sind. Die Industrie hat sich auch dagegen etwas einfallen lassen: Bei einigen der neuesten Notebook-Festplatten wird der Schlüssel automatisch gelöscht, wenn das Notebook in falsche Hände fällt. Wenn jemand die Festplatte ausbaut oder der neugierige Sohn ein paar Passwörter durchprobiert, begeht die Festplatte vollautomatisch „Selbstmord“ und der Festplatteninhalt ist weg – unwiderruflich, für immer.

AnmerkungsverzeichnisBearbeiten

  1. CPU-Ausfall durch langandauernde Überhitzung http://www.heise.de/ct/hintergrund/meldung/34186
  2. Kein Witz! Hochwertige RAM-Prüfgeräte melden das als „atmosphärischen Fehler“
  3. Dieser Fehler tritt häufig bei Festplatten in auswechselbaren Schubkästen auf, aber auch ein Wackelkontakt im Datenkabel oder am USB-Stecker kann die Ursache sein.
  4. Schutzdiode brennt durch Computerhardware:_HDD:_Probleme:_Seagate#Problem
  5. Siehe http://www.dataclinic.co.uk/hard-disk-smooth-l7250.htm
  6. Wasserschäden: http://www.datarecovery.org/physical-drive-failure.html
  7. Höhere Temperatur erhöht Ausfallrate, siehe Grafik "Temperatur und Ausfallrate" http://www.speicherguide.de/magazin/sata.asp?todo=de&theID=1299&lv=&mtyp=
  8. c't 2000, Heft 24, S. 118
  9. Willi Schneider, Langzeitarchivierung von optischen Datenträgern, BSI-Forum 6/97
  10. Experiment der „Mythbusters - Die Wissensjäger“ auf RTL2, 2008: Schnelle Laufwerke drehen mit max. 10.000 U/min, DVD zerreißt bei 20.000 U/min
  11. Bernd Steinbrink, Bernd Behr, CD-R im Härtetest, c't 9/97, S. 240
  12. http://www.test.de/themen/computer-telefon/test/-DVD-Rohlinge/1359679/1359679/1359772/default.ashx?col=5&col=6&col=7&col=8&col=9
  13. Siehe http://www.theregister.co.uk/2002/12/02/pca_publishes_fujitsu_hdd_advisory/ und http://de.wikibooks.org/wiki/Computerhardware:_Festplatte/_Probleme/_Fujitsu#Ursache
  14. Siehe den Abschnitt Fujitsu MPG3xxxAT/AH drive family in http://www.acelab.ru/products/pc-en/articles/ModernHDD/005.html
  15. http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe