¶ Datensicherung und Verfügbarkeit
Wiki-Eintrag zur Präsentation Backup_neu_v2.pptx. Die Gliederung folgt dem Ablauf der Folien: von den Grundbegriffen über Anforderungen (RPO, RTO) und Methoden bis zu den Strategien.
Inhalt
- Datensicherung und Verfügbarkeit
- 1. Datenschutz, Datensicherheit, Informationssicherheit
- 2. Schutzziele (CIA)
- 3. Gefahren für die Informationssicherheit
- 4. Datensicherheit und Datensicherung
- 5. Standort der Sicherung
- 6. Sicherung und Redundanz
- 7. Ransomware und Backup
- 8. RPO und RTO
- 9. Varianten, Methoden und Strategien im Überblick
- 10. Backup-Varianten: Datei und Speicherabbild
- 11. Backup-Methoden: voll, differenziell, inkrementell
- 12. Änderungsverfolgung
- 13. Backup-Strategien
- 14. Glossar
¶ 1. Datenschutz, Datensicherheit, Informationssicherheit
Drei Begriffe, die oft verwechselt werden:
| Begriff | Schützt | Kern |
|---|---|---|
| Datenschutz | Personen | Persönlichkeitsrechte beim Umgang mit personenbezogenen Daten (z. B. DSGVO) |
| Datensicherheit | Daten | technischer und organisatorischer Schutz von Daten vor Verlust, Manipulation und unbefugtem Zugriff |
| Informationssicherheit | alle Informationen | Oberbegriff: schützt Informationen in jeder Form, auch auf Papier oder im Kopf, und umfasst die Datensicherheit |
- Datenschutz fragt: Wer darf welche personenbezogenen Daten wofür verwenden?
- Datensicherheit fragt: Sind die Daten vor Verlust, Veränderung und Fremdzugriff geschützt?
- Informationssicherheit fragt das für alle Informationen und alle Systeme.
¶ 2. Schutzziele (CIA)
Die drei klassischen Schutzziele der Informationssicherheit:
| Ziel | englisch | Bedeutung |
|---|---|---|
| Vertraulichkeit | Confidentiality | Nur Berechtigte dürfen Informationen lesen. |
| Integrität | Integrity | Daten sind vollständig und unverändert, Änderungen sind nachvollziehbar. |
| Verfügbarkeit | Availability | Daten und Systeme sind nutzbar, wenn sie gebraucht werden. |
Datensicherung dient vor allem der Verfügbarkeit und der Integrität: Sie macht verlorene oder veränderte Daten wiederherstellbar.
¶ 3. Gefahren für die Informationssicherheit
- Technik: Hardwaredefekt (Platte, Controller, Netzteil), Softwarefehler, Stromausfall
- Mensch: Fehlbedienung, versehentliches Löschen oder Überschreiben, Sabotage
- Angriffe: Schadsoftware, insbesondere Ransomware, Hacking, Datendiebstahl
- Umwelt: Brand, Wasser, Blitzschlag, Diebstahl von Geräten
Gegen jede Gefahr hilft eine andere Maßnahme. Deshalb braucht man mehrere Schutzebenen (siehe Abschnitt 6).
¶ 4. Datensicherheit und Datensicherung
- Datensicherheit ist das Ziel: Daten sind vor Verlust, Manipulation und Missbrauch geschützt.
- Datensicherung (Backup) ist eine Maßnahme dazu. Sie betrifft den Aspekt Schutz vor Verlust von Daten.
Die ähnlichen Wörter sind eine häufige Verwechslungsquelle. Merksatz: Datensicherheit ist das Ziel, Datensicherung ein Mittel.
¶ 5. Standort der Sicherung
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Onsite-Backup | Sicherung am gleichen Standort wie die Originaldaten |
| Offsite-Backup | Sicherung an einem anderen Standort |
| Georedundanz | Daten liegen an räumlich weit getrennten Standorten |
Je weiter die Sicherung von der EDV-Anlage entfernt liegt, desto besser schützt sie vor lokalen Katastrophen (Brand, Wasser, Diebstahl).
Sicherheitsniveau nach Standort
| Niveau | Typisch | Schützt vor | Schützt nicht vor / Risiken |
|---|---|---|---|
| Niedrig | lokal gespeichert, z. B. USB-Platte am selben PC | versehentlichem Löschen, einfachen Softwarefehlern | Hardwaredefekt (wenn beide betroffen), Diebstahl, Brand, Wasser, Ransomware |
| Mittel | standortnah, z. B. NAS im selben Gebäude | einzelnen Geräteausfällen | größeren Schäden (Feuer, Stromausfall), Angriffen im Netzwerk |
| Hoch | Remote- oder Cloud-Backup | lokalen Katastrophen, Hardwareausfällen | Ransomware (bei erreichbaren Backups), Fehlkonfiguration, Internetabhängigkeit |
| Sehr hoch | Offsite + Air-Gap, z. B. Cloud + externe Platte im Safe | Ransomware, gezielten Angriffen, Manipulation von Backups | (kaum Restrisiko) |
| Maximal | 3-2-1-Regel | nahezu allen realistischen Ausfallszenarien | ergänzt durch Air-Gap, Verschlüsselung, Wiederherstellungstests |
¶ 6. Sicherung und Redundanz
Eine Sicherung ist eine zeitversetzte Kopie und holt verlorene Daten zurück. Redundanz hält den Betrieb am Laufen, sie hat aber keine Historie: Fehler und Löschungen werden sofort mitkopiert. Beides braucht man.
Die fünf Mittel im Überblick
- Backup: Kopie zu einem Zeitpunkt auf einem anderen Medium oder Standort. Schützt vor allem, auch vor Löschen und Ransomware (wenn offline oder unveränderbar). Nicht geschützt sind die Daten seit der letzten Sicherung (RPO größer 0).
- Snapshot: Momentaufnahme des Datenstands auf demselben System. Schneller Rückschritt bei Löschen und Fehlbedienung. Fällt der Speicher aus, sind Original und Snapshot weg. Kein Backup, kann aber die Quelle eines Backups sein, und eine auf ein anderes System kopierte Snapshot-Kopie ist eines.
- Replikation asynchron: laufende Kopie des aktuellen Stands auf einem zweiten System, mit kleinem Rückstand (Sekunden). Schützt vor Server- und Standortausfall. Löschen und Ransomware werden mitkopiert.
- Replikation synchron / Cluster: Eine Änderung gilt erst als gespeichert, wenn beide Systeme sie haben. RPO 0, aber nur bei kurzer Entfernung und mit höheren Kosten.
- RAID: Redundanz mehrerer Platten innerhalb eines Systems. Schützt vor dem Ausfall einer oder zweier Platten, ohne Unterbrechung. Schützt nicht vor Controller-, Server-, Strom- oder Standortausfall und nicht vor Löschen.
Wo die Grenze zwischen RAID und Replikation liegt: RAID verteilt Daten über Platten eines Systems, Replikation kopiert auf ein anderes System mit eigenem Controller, Netzteil und oft anderem Standort. RAID 1 (Spiegelung) ist im Prinzip eine synchrone Replikation im selben Gehäuse. Verteilte Speichersysteme verhalten sich wie ein RAID über mehrere Server.
Merksätze
- RAID schützt vor dem Ausfall einer Platte, Replikation vor dem Ausfall eines Systems, Backup vor dem Verlust der Daten.
- Replikation hält Daten an mehreren Orten gleich, Backup hält sie zu mehreren Zeitpunkten verschieden.
- Wenn eine Replikation zusätzlich Versionen aufbewahrt (z. B. durch Snapshots), wird sie backup-ähnlich.
¶ 7. Ransomware und Backup
Ransomware ist Schadsoftware, die Daten verschlüsselt und Lösegeld für den Schlüssel verlangt. Moderne Varianten kopieren die Daten vorher ab und drohen mit der Veröffentlichung (doppelte Erpressung).
Warum ein Backup hilft: Die Daten sind nicht weg, nur verschlüsselt. Ein unverschlüsselter älterer Stand lässt sich zurückspielen, ohne zu zahlen.
Bedingung: Das Backup darf selbst nicht betroffen sein. Ransomware sucht gezielt nach Sicherungen: angeschlossene Platten, Netzlaufwerke, Backup-Server, Snapshots, synchronisierte Cloud-Ordner.
Was ein Backup sicher macht
- Offline oder getrennt (Air-Gap), z. B. Band im Safe
- Unveränderbar (immutable, WORM) für eine festgelegte Zeit
- Eigene Zugangsdaten, nicht mit dem normalen Netz geteilt
- Mehrere Versionen, um hinter den Infektionszeitpunkt zurückzugehen
- Regelmäßige Wiederherstellungstests (siehe 3-2-1-1-0)
Grenzen: Ein Backup schützt nicht vor dem Datenabfluss. Vor dem Zurückspielen muss die Schadsoftware entfernt sein. Die Wiederherstellung großer Datenmengen kann Tage dauern (RTO).
¶ 8. RPO und RTO
Zwei Kenngrößen, die beschreiben, wie viel und wie lange man bei einem Ausfall verlieren darf.
| Frage | Bestimmt | |
|---|---|---|
| RPO – Recovery Point Objective | Wie viel Datenverlust ist erlaubt? | wie oft gesichert wird |
| RTO – Recovery Time Objective | Wie lange darf der Ausfall dauern? | wie schnell zurückgespielt werden muss |
So liest man die Grafik
- Ein Ausfall um 14:00. Die letzte brauchbare Sicherung war um 11:00, die nächste um 15:00 geplant.
- RPO (rückwärts ab dem Ausfall): erlaubt sind 4 Stunden, tatsächlich verloren sind 3 Stunden (11:00 bis 14:00). Diese Änderungen müssen nacherfasst werden.
- RTO (vorwärts ab dem Ausfall): erlaubt sind 3 Stunden, tatsächlich stand der Betrieb 2 Stunden (14:00 bis 16:00). In dieser Zeit entstehen keine neuen Daten, aber es gibt Arbeitsausfall.
- Um 16:00 läuft das System wieder, und zwar mit dem Datenstand von 11:00.
- Die Werte (4 Std., 3 Std.) sind nur Beispiele. Jede Firma legt sie je System selbst fest.
Der RPO bestimmt den Sicherungsabstand: Das Intervall zwischen zwei Sicherungen darf nicht größer sein als der RPO. Weil eine Sicherung erst nach ihrer Dauer brauchbar ist, plant man den Abstand etwas kürzer, z. B. bei RPO 4 Stunden und einer Sicherungsdauer von 1 Stunde alle 3 Stunden.
RPO 0 ist möglich, aber nicht umsonst
| RPO | Mittel | Beispiel |
|---|---|---|
| Tage | Bandsicherung | Kopie auf Band, täglich oder wöchentlich |
| Stunden | Backup mehrmals täglich | z. B. inkrementell alle 4 Stunden |
| Minuten | Snapshots, Log-Sicherungen | Snapshot: Momentaufnahme des Datenstands (z. B. NAS, VM); Log: Datenänderungen einer Datenbank laufend sichern |
| Sekunden | asynchrone Replikation | Kopie auf zweites System, ohne auf die Bestätigung zu warten, Rückstand von Sekunden |
| 0 | synchrone Replikation, Cluster | Änderung gilt erst als gespeichert, wenn beide Systeme sie haben (nur bei kurzer Entfernung) |
- Je kleiner der mögliche Datenverlust, desto größer Aufwand und Kosten.
- Entscheidung je System: Schaden durch Datenverlust gegen Kosten des Schutzes (Business-Impact-Analyse). Ein Bestellsystem bekommt einen kleinen RPO, eine Dateiablage meist einen größeren.
- RPO 0 heißt nicht RTO 0: Die Daten sind vollständig da, aber Umschalten, Dienste starten und Benutzer umleiten kosten Zeit.
- RPO 0 gilt nur für bestätigte Schreibvorgänge und bei Hardware- oder Standortausfall, nicht gegen Löschen oder Ransomware.
¶ 9. Varianten, Methoden und Strategien im Überblick
Drei Fragen, drei Begriffe:
| Frage | Inhalt | |
|---|---|---|
| Varianten | Was wird gesichert? | Dateisicherung, Speicherabbild (Image) |
| Methoden | Wie viel wird gesichert? | Vollsicherung, differenziell, inkrementell |
| Strategien | Wann, wie oft, wohin? | 3-2-1-Regel, Großvater-Vater-Sohn, FIFO |
Jede Variante lässt sich mit jeder Methode sichern. Das ergibt sechs Kombinationen. Der Unterschied liegt in der Einheit, die auf Änderungen geprüft wird: bei der Dateisicherung die Datei, beim Image der Block.
¶ 10. Backup-Varianten: Datei und Speicherabbild
- Dateisicherung: einzelne Dateien und Ordner.
- Speicherabbild (Image): Kopie eines Datenträgers oder einer Partition, Block für Block, unabhängig vom Dateisystem.
- Ein Systemabbild ist ein Image, das die Systempartitionen enthält (Betriebssystem, Einstellungen, Anwendungen). Jedes Systemabbild ist ein Image, aber nicht jedes Image ein Systemabbild.
| Image | Dateisicherung (voll) | |
|---|---|---|
| Wiederherstellung | ganzer Rechner bootfähig (Bare-Metal-Restore) | einzelne Dateien und Ordner |
| Einzelne Datei zurückholen | Abbild muss eingebunden werden | direkt möglich |
| Betriebssystem | im Abbild enthalten | muss neu installiert werden |
| Hardwareabhängigkeit | höher | gering |
Das Image bestimmt die Form der Sicherung, die Methode ihren Umfang.
¶ 11. Backup-Methoden: voll, differenziell, inkrementell
Der Ablauf besteht aus zwei Schritten, die sich regelmäßig wiederholen:
- Vollsicherung: komplette Kopie aller Daten, Basis für jede Teilsicherung.
- Teilsicherung: sichert nur Änderungen, in zwei Varianten: differenziell oder inkrementell.
Der Ablauf ist ein Zyklus: z. B. wöchentlich eine neue Vollsicherung, dazwischen täglich Teilsicherungen.
¶ Differenzielles Backup
- Sichert alle Änderungen seit der letzten Vollsicherung. Jede Teilsicherung enthält damit auch die Änderungen der vorherigen Tage.
- Wiederherstellung: Vollsicherung + letzte Teilsicherung (2 Teile).
- Vorteile: schnelle, einfache Wiederherstellung; eine defekte ältere Teilsicherung ist für die Wiederherstellung unkritisch; schneller und sparsamer als tägliche Vollsicherung.
- Nachteile: Teilsicherungen werden von Tag zu Tag größer; mehr Speicherplatz und Zeit als inkrementell; einmal geänderte Dateien werden täglich erneut gesichert.
¶ Inkrementelles Backup
- Sichert nur die Änderungen seit der letzten Sicherung, egal ob diese eine Voll- oder eine Teilsicherung war.
- Wiederherstellung: Vollsicherung + alle Teilsicherungen der Reihe nach (z. B. bis Freitag: 6 Teile).
- Vorteile: geringster Speicherbedarf; kürzeste Sicherungsdauer; unveränderte Daten werden nicht erneut gesichert.
- Nachteile: aufwendigere Wiederherstellung; ist ein Teil der Kette defekt, sind alle späteren Stände betroffen; Wiederherstellung dauert länger.
¶ Vergleich
| Differenziell | Inkrementell | |
|---|---|---|
| Bezug | letzte Vollsicherung | letzte Sicherung (voll oder teil) |
| Größe der Teilsicherungen | wächst täglich | klein, nur Tagesänderungen |
| Wiederherstellung | Voll + letzte Teilsicherung | Voll + alle Teilsicherungen |
| Risiko | gering | Kette: ein defektes Glied macht spätere Stände unbrauchbar |
¶ 12. Änderungsverfolgung
Damit Teilsicherungen nur Änderungen sichern, muss das Programm erkennen, was sich geändert hat (Change Detection). Vier Verfahren:
| Verfahren | Fachbegriff |
|---|---|
| Archivbit nutzen | Archive Bit Tracking |
| Zeitstempel vergleichen | Timestamp-based Change Detection |
| Prüfsummen vergleichen | Checksum-based Detection |
| Dateisystem protokolliert Änderungen | Journal-based Change Detection |
- Archivbit: Ein Merker an der Datei. Wird die Datei geändert, setzt das System ihn, und nach der Sicherung setzt ihn die Sicherungssoftware zurück.
- Zeitstempel: Vergleich von Änderungsdatum und Zeit der letzten Sicherung. Einfach, aber ungenau bei verstellter Uhr oder erhaltenen Zeitstempeln.
- Prüfsummen (Hashes): Für jede Datei wird ein Fingerabdruck gebildet. Ändert sich der Fingerabdruck, hat sich die Datei geändert. Sehr zuverlässig, aber rechenaufwendig.
- Journal: Das Dateisystem schreibt Änderungen in ein Protokoll, das die Sicherung auswertet. Schnell, weil nicht alle Dateien geprüft werden müssen.
¶ 13. Backup-Strategien
Eine Strategie legt fest, wann, wie oft und wohin gesichert wird und wie lange die Sicherungen aufbewahrt werden.
¶ 3-2-1-Regel
- 3 Kopien der Daten: das Original plus zwei Sicherungen
- 2 verschiedene Medien: z. B. interne Platte und Band, NAS oder Cloud
- 1 Kopie an einem anderen Ort (offsite): Cloud, zweiter Standort oder Safe
Erweiterung 3-2-1-1-0: zusätzlich 1 Kopie offline oder unveränderbar (Air-Gap, WORM) und 0 Fehler durch regelmäßige Prüfung und Wiederherstellungstests.
Hinweise: Zwei Kopien auf derselben Platte oder im selben Raum zählen nicht als zwei. Eine reine Replikation ist keine zusätzliche Kopie mit Historie. Die Regel sagt nichts über Häufigkeit oder Methode, die bestimmen RPO und die Wahl von voll, differenziell oder inkrementell.
¶ FIFO (First In, First Out)
Eine feste Anzahl gleicher Sicherungen, die reihum überschrieben werden. Jede neue Sicherung überschreibt die älteste.
- Vorteile: einfach, gleichbleibender Speicherbedarf
- Nachteile: kurzer Rückblick; spät bemerkte Fehler gehen in alle Sicherungen
- Bei Teilsicherungen: FIFO läuft über Sätze: Vollsicherung und ihre Teilsicherungen werden zusammen überschrieben, damit keine Teilsicherung ohne ihre Vollsicherung bleibt. Ein neuer Satz beginnt immer mit einer neuen Vollsicherung. Der älteste Satz wird erst überschrieben, wenn der neue fertig und geprüft ist.
- GVS entspricht mehreren solchen Kreisen im unterschiedlichen Takt.
¶ Großvater-Vater-Sohn (GVS)
Drei Rotationsebenen mit unterschiedlichem Takt. Je älter die Stufe, desto seltener die Sicherung und desto länger die Aufbewahrung.
| Sohn (täglich) | Vater (wöchentlich) | Großvater (monatlich) | |
|---|---|---|---|
| Sicherung | inkrementell oder differenziell | Vollsicherung | neue Vollsicherung |
| Wann | Montag bis Donnerstag | am Ende jeder Woche | nach 4 Wochen, am Monatsende |
| Bänder | 4 (S1–S4) | 4 (V1–V4) | bis zu 12 (G1–G12) |
| Danach | jede Woche wieder überschrieben | jeden Monat wieder überschrieben | bleibt länger aufbewahrt |
Das Prinzip als Animation (Karten, die Bänder werden beschrieben und gelöscht):
Die Belegung als Kästchen über vier Wochen:
- Sohn (grün): Montag bis Donnerstag je ein Band, jede Woche wieder überschrieben.
- Vater (blau): jeden Freitag ein Band, V1 bis V4 nacheinander, jeden Monat wieder überschrieben.
- Großvater (orange): ein Band am Monatsende. G2 bis G12 folgen in den weiteren Monaten.
- Am letzten Tag des Monats liegen Vater V4 und Großvater G zusammen: Es entstehen zwei Vollsicherungen auf zwei Bändern.
Dieselbe Belegung als Kreis: außen die 12 Monate (Großväter), in der Mitte pro Monat 4 Wochen (Väter), innen pro Woche 5 Tage (Söhne). Gefärbt ist nur der Tag, an dem das Band beschrieben wird.
Der Ablauf über ein ganzes Jahr als Animation. Der Zähler zeigt, wie viele Bänder im Einsatz sind, und bleibt am Ende bei 4 Söhnen, 4 Vätern und 12 Großvätern (20 Bänder) stehen:
¶ 14. Glossar
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Air-Gap | physisch getrenntes Medium, das nicht vom Netz erreichbar ist |
| Backup / Datensicherung | zeitversetzte Kopie von Daten zum Zurückholen verlorener Daten |
| Bare-Metal-Restore | Wiederherstellung eines ganzen Systems auf leerer Hardware |
| Differenziell | sichert alles seit der letzten Vollsicherung |
| Georedundanz | Daten an räumlich getrennten Standorten |
| Image / Speicherabbild | Block für Block Kopie eines Datenträgers oder einer Partition |
| Inkrementell | sichert alles seit der letzten Sicherung |
| Offsite / Onsite | anderer Standort / gleicher Standort |
| RAID | Redundanz mehrerer Platten in einem System |
| Ransomware | Schadsoftware, die Daten verschlüsselt und Lösegeld verlangt |
| Replikation | laufende Kopie auf ein zweites System (synchron oder asynchron) |
| RPO | Recovery Point Objective: maximal tolerierbarer Datenverlust |
| RTO | Recovery Time Objective: maximal tolerierbare Ausfallzeit |
| Snapshot | Momentaufnahme des Datenstands auf demselben System |
| Systemabbild | Image, das die Systempartitionen mit Betriebssystem enthält |
| WORM / immutable | einmal beschreibbar, nicht veränderbar oder löschbar |