Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

M 4.169 Verwendung geeigneter Archivmedien

Verantwortlich für Initiierung: Leiter IT

Verantwortlich für Umsetzung: Administrator, Leiter IT

Die dauerhafte elektronische Archivierung von Dokumenten erfordert den Einsatz geeigneter Datenträger (Archivmedien). Für die Wahl der Archivmedien sollten folgende Fragen berücksichtigt werden:

  • Welches Datenvolumen soll archiviert werden?
  • Welche Zugriffszeiten sind im Mittel zu erbringen?
  • Wie hoch ist die Zahl gleichzeitiger Zugriffe im Mittel?
  • Welche Aufbewahrungsfristen sollen durch das Archivmedium abgedeckt werden?
  • Sollen Daten "revisionssicher" gespeichert werden?

In den folgenden Abschnitten werden typische Archivmedien und deren Einsatzbereiche beschrieben. Für die Datenträger werden üblicherweise magnetische, magnetooptische oder optische Speichertechnologien verwendet. Die Vorzüge und Nachteile der Technologien sind in den jeweiligen Abschnitten beschrieben.

Sämtliche beschriebenen Archivmedien sind anfällig gegenüber physikalischen Beschädigungen, etwa durch

  • Wasser,
  • Feuer bzw. Hitzeentwicklung,
  • Verkratzen des Mediums durch das Laufwerk infolge Verschmutzung oder Herunterfallen,
  • Zerknittern und Aufreißen des Mediums im Bandlaufwerk sowie
  • Sabotage und Diebstahl.

Archivmedien müssen daher sorgsam aufbewahrt und vor den genannten Einflüssen geschützt werden. Außerdem muss der unbefugte Zugriff auf die Datenträger verhindert werden. Hierzu wird, abhängig vom konkreten Einsatzszenario des elektronischen Archivs, die Anwendung der im Baustein B 2.5 Datenträgerarchiv bzw. B 2.7 Schutzschränke beschriebenen Maßnahmen zum Schutz der Datenträger empfohlen.

Digitale magnetische Systeme

Bei magnetischen Speichersystemen wird durch gezielte lokale Veränderung eines magnetisierten Grundmediums ein Speichereffekt erzielt. Die Magnetisierung kann durch ein Lesegerät erfasst, die gespeicherten Daten können dadurch gelesen werden. Durch erneutes Einwirken eines Magnetfeldes können die gespeicherten Daten verändert werden. Dies erfolgt gezielt durch Verwendung eines Schreib-/Lesegerätes oder ungezielt durch starke externe Magnetfelder (z. B. elektromagnetische Felder in der Nähe von Transformatoren oder großen Spulen). Dies kann auch unabsichtlich geschehen.

Magnetische Datenträger sind anfällig gegenüber Angriffen mit starken Magnetfeldern, die auf das Speichermedium einwirken. Da das magnetisierte Grundmedium typischerweise als Verbundwerkstoff aus Kunststoffen sowie einer metallischen (magnetisierbaren) Beschichtung hergestellt wird, ist außerdem auch bei sorgsamer Behandlung mit langfristigen Veränderungen zu rechnen. Diese können z. B. durch Zersetzung (durch Weichmacher in Kunststoffen), Aufquellen (Ablösung von Kunststoff- und Metallschichten) oder Oxydation (der Metallschicht) bedingt sein.

Aufgrund der verwendeten Technologie sind magnetische Speicher zudem stets wiederbeschreibbar bzw. löschbar und daher ohne zusätzliche Sicherungsverfahren prinzipiell nur für die kurzfristige Archivierung geeignet, bei der kein Schutz gegen Veränderung bzw. Wiederbeschreiben von Dokumenten durch das Medium erbracht werden muss. Dies schließt typischerweise die Verwendung als Archivmedium aus, wenn eine revisionssichere Archivierung gefordert wird. Dagegen können magnetische Systeme für Datensicherungen und als Cachemedien eingesetzt werden.

Die Revisionssicherheit kann mit hohem Aufwand durch den Einsatz kryptographischer Verfahren, die eine Veränderung an den Daten erkennen lassen, erreicht werden (z. B. Signierung).

Typische magnetische Speicher sind Festplatten, Disketten und (Magnet-) Bandmedien.

  • Disketten
    Disketten, die derzeit in Abmessungen von 3,5 Zoll, früher auch 5,25 Zoll und größer, angeboten werden, weisen eine geringe Kapazität von 1,44 MB auf. Der Einsatz von Disketten als Archivmedium wird nur für sehr kleine Archive empfohlen, in denen keine revisionssichere (schreibgeschützte) Archivierung gefordert wird.
  • Festplatten
    In Festplatten sind typischerweise das Speichermedium und das Schreib-/Lese-Laufwerk zusammen in einer Einheit untergebracht. Sie sind daher fehleranfällig gegen mechanische Ausfälle, wie z. B. des Laufwerkantriebs. Durch die physikalische Kapselung wird eine dichtere Anordnung der Magnetmedien bei gleichzeitigem Schutz vor Staubpartikeln ermöglicht, so dass Festplatten im Gegensatz zu Disketten-Laufwerken über mehrere Schreib-Lese-Einheiten verfügen.
    Festplatten weisen typischerweise eine hohe Kapazität und eine geringe Zugriffszeit bei hoher Übertragungsrate auf. Aufgrund der verwendeten Speichertechnologie eignen sie sich nicht für eine dauerhafte, revisionssichere Ablage von Dokumenten. Festplatten finden dagegen Verwendung als Datenträger für das Archivsystem selbst und in Cachesystemen.
  • Magnetbänder
    Magnetbänder bestehen aus einem aufgewickelten Magnetstreifen, der in der Regel an einem Schreib-Lesekopf sequentiell vorbeigeführt wird. Magnetband und Schreib-Lese-Einheit sind typischerweise nicht miteinander verbunden.
    Magnetbänder weisen technologisch bedingt eine sehr lange Zugriffszeit und eine sehr geringe Übertragungsrate auf. Ihre Speicherdichte und Platzverbrauch sind jedoch vergleichbar mit Festplatten.

  • Magnetbänder eignen sich für die Speicherung großer Datenmengen, auf die nur selten und sequentiell zugegriffen werden muss. Sie sind daher geeignet für Backups, bei denen eine mittelfristige, jedoch nicht langfristige Stabilität erwartet wird. Da auch Magnetbänder prinzipiell überschrieben, gelöscht oder durch zufälligen Einfluss von Magnetfeldern verändert werden können, eignen sie sich nicht für die revisionssichere Speicherung von Daten.

Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die Eignung magnetischer Speichermedien für die elektronische Archivierung:

Medium Format und Kapazität Standard Verwendung
Diskette 3,5 - 5,25 Zoll,
bis 1,44 MB
de facto Kurzfristig für sehr kleine Archive, nicht revisionssicher
Festplatte 2,5 - 5,25 Zoll,
über 100 GB
Herstellernormen Kurzfristig für kleine Archive und Cachesysteme, nicht revisionssicher
Magnetband über 80 GB Herstellernormen Mittelfristig für Archive mittlerer Größe, nicht revisionssicher

Tabelle: Eignung magnetischer Speichermedien

Digitale optische Systeme

Bei optischen Speichersystemen wird ein Speichereffekt dadurch erzielt, dass das optische Verhalten eines Grundmediums gezielt verändert werden kann. Die Speicherung erfolgt typischerweise durch Veränderung des Grundmediums, indem in eine ebene Grundschicht ("Land") gezielt Vertiefungen ("Pits") erzeugt oder simuliert werden, die beim Lesevorgang ein unterschiedliches optisches Verhalten eines gezielt ausgesandten Laserstrahls hervorrufen. Hieraus lassen sich Bitmuster interpretieren.

Während der Lesevorgang typischerweise bei allen optischen Medien gleich ist (die Wellenlänge des verwendeten Lasers kann sich allerdings unterscheiden), bestehen beim Speichervorgang wesentliche technologische Unterschiede.

  • CD-ROM
    Die Erzeugung von CD-ROM s (Compact Disk Read Only Memory) erfolgt mechanisch durch Stempelung mit einem Master-Datenträger. Die auf CD-ROM gespeicherten Daten sind typischerweise nicht mehr nachträglich änderbar (WORM). Die Produktion solcher Datenträger ist jedoch nur bei hoher Stückzahl rentabel. Als Archivmedien eignen sich solche Datenträger nicht, da in elektronischen Archiven typischerweise nur eine sehr geringe Stückzahl produziert wird, die nicht rentabel ist. Es gibt jedoch Ausnahmen, z. B. "Jahrgangsarchive" als Beilage zu großflächig verteilten Zeitschriften.
    Für CD-ROMs sind mehrere Standards definiert, wodurch eine breite Herstellerunterstützung besteht. Ihre Speicherkapazität beträgt typischerweise bis zu 650 MB.
  • CD-Recordables (CD-Rs)
    CD-R s bestehen im Gegensatz zu CD-ROMs aus einer zusätzlichen Schicht (typischerweise Cyanin oder Phtalocyanin), bei der durch Auspunkten ("Brennen") mit einem Laser eine Lichtreflexion erzeugt werden kann, so dass beim Lesen des Datenträgers ein ähnlicher optischer Effekt wie bei einer CD-ROM erzielt wird. Die Speicherkapazität beträgt typischerweise bis zu 700 MB. Die einmal "gebrannten" Punkte können nicht wieder gelöscht werden. Vorteil gegenüber der mechanischen Stempelung des Datenträgers ist die individuelle Anpassbarkeit. Die Nachteile sind:
    • CD-Recordables können in beschränktem Umfang nachträglich geändert werden, da es prinzipiell möglich ist, durch Überbrennen der CD-R weitere Brennpunkte zu erzeugen und dadurch unter Umständen auch gezielte Datenveränderungen bis hin zur Unlesbarmachung der CD-R vorzunehmen. Es können jedoch keine bereits ausgepunkteten Bereiche wieder rückgängig gemacht werden. CD-Rs sind demnach gegenüber der allgemeinen Auffassung keine "echten" Write-Once-Medien (WORM), sondern lediglich nicht-löschbare Datenträger.
    • Bei fehlerhaftem Brennvorgang kann eine Lichtreflexion vorgetäuscht werden, die in seltenen Fällen durch eine nur vorübergehende Reaktion der Zwischenschicht erzeugt wird. CD-Rs müssen daher nach einigen Tagen verifiziert werden, um diesen Effekt auszuschließen.
    • Bei CD-Rs besteht ein sehr geringes Restrisiko, dass durch spontane Kristallisation der Oberfläche gespeicherte Daten zufällig verändert werden.

    • CD-ROMs sind zwar nur einmal beschreibbar, es können aber in weiteren Brennvorgängen mehrere Sitzungen (Sessions) darauf angelegt werden. Bei der Verwendung als Archivmedien ist hiervon unbedingt abzusehen, da dies die Lesbarkeit und Korrektheit der zuerst archivierten Daten gefährden kann.

  • CD-Rewritables (CD-RWs)
    CD-RW s nutzen ähnlich wie CD-Rs eine Zwischenschicht, die jedoch aus einem aufwändigeren Material (aus Silber, Indium, Antimon und Tellur) besteht, das gezielt in zwei unterschiedlich lichtreflektierende Zustände versetzt werden kann. Dies hängt ab von der Intensität des benutzten Lasers. CD-RWs sind daher mehrfach wiederbeschreibbar bzw. löschbar, bei fehlerhaften Laufwerken auch versehentlich. Sie eignen sich daher nicht für Archive, in denen eine revisionssichere Speicherung der Daten gefordert wird. Die Speicherkapazität beträgt typischerweise bis zu 700 MB.
    Als Archivmedium weist die CD-RW-Technologie analog zur CD-R Schwachstellen auf:
    • Bei fehlerhaftem Brennvorgang kann eine Lichtreflexion vorgetäuscht werden, die in seltenen Fällen durch eine nur vorübergehende Reaktion der Zwischenschicht erzeugt wird. CD-RWs müssen daher nach einigen Tagen verifiziert werden, um diesen Effekt auszuschließen.
    • Bei CD-RWs besteht ein sehr geringes Restrisiko, dass durch spontane Kristallisation der Oberfläche gespeicherte Daten zufällig verändert werden.
  • DVD
    DVD-Medien (Digital Versatile Disk) sind eine technologische Weiterentwicklung der Compact Disk ( CD ). DVDs erlauben eine wesentlich höhere Speicherdichte von 4,7 bis zu 17 GB, je nach Hersteller. Das DVD-Format ist im Gegensatz zur CD nicht standardisiert, weshalb derzeit unterschiedliche DVD-Varianten auf dem Markt erhältlich sind.
    Bei einigen DVD-Varianten können Daten übereinander in zwei unterschiedlichen Medienschichten gespeichert werden, die separat mit unterschiedlich fokussierten Lasern gelesen werden können (Dual Layer DVD).

  • DVDs sind derzeit auch als DVD-Recordable ( DVD-R ) erhältlich. Es wird erwartet, dass künftig auch DVD-RW s am Markt angeboten werden. Für die elektronische Archivierung ist - analog zur CD - insbesondere die Variante DVD-Recordable interessant, da hierdurch eine revisionssichere Ablage bei hoher Speicherkapazität ermöglicht wird. Allerdings sind dabei dieselben Einschränkungen hinsichtlich des Überschreibschutzes wie bei der CD-R zu beachten.

Neben den weitverbreiteten CD- und DVD-Medien gibt es für die elektronische Archivierung weitere standardisierte optische Medien, die von Herstellern großer Speichersysteme verwendet werden. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über erhältliche Medienformate und die zugehörigen Standards:

Format Kapazität Normierung
3,5 Zoll   ANSI X3.213
CD (5,25 Zoll) 650 - 700 MB ISO 9660
DVD (5,25 Zoll) 4,7 - 17 GB ISO 13346
5,25 Zoll, RW 1 - 2,6 GB ISO 10089
5,25 Zoll, WORM 1 - 2,6 GB ISO 9171, ANSI X3.191, ANSI X3.211, ANSI X3.214
12 Zoll 2,6 - 16 GB herstellerspezifisch, keine Norm
14 Zoll, WORM 6,8 - 25 GB ANSI X3.200 und ISO/IEC 10885

Tabelle: Erhältliche Medienformate

Die bei diesen Medien verwendete Technologie gleicht grundsätzlich dem bei CD-R (DVD-R) und CD-RW (DVD-RW) verwendeten optischen Verfahren. Die wesentlichen Unterschiede bestehen in der Verarbeitung zuverlässigerer Materialien und erweiterten Garantieerklärungen der Hersteller. Diese garantieren für wiederbeschreibbare Medien eine Datenstabilität zwischen 10 und 100 Jahren und für WORM-Medien zwischen 30 und 100 Jahren, je nach Hersteller und unter jeweiliger Vorgabe optimaler Einsatzbedingungen.

Auch bei den hier beschriebenen WORM-Medien kann technologisch bedingt nachträgliches Überschreiben bislang nicht genutzter Bereiche nicht ausgeschlossen werden. Es handelt sich demnach auch hier nicht um "echte" Write-Once-Medien, sondern lediglich um nicht-löschbare Datenträger.

Die betreffenden Hersteller bieten in der Regel nicht einzelne Medien an, sondern komplette Speicherlösungen, bei denen meist eine automatische Datenträgerverwaltung erfolgt. Die Speichermedien sind dann mechanisch an die jeweilige Herstellerlösung angepasst und mit einem Gehäuse versehen, so dass sie in den entsprechenden Robotersystemen (Jukeboxen) verwendet werden können.

Medium Format und Kapazität Verwendung in Archiven Revisionssicherheit
CD-ROM 5,25 Zoll,
650 MB
nicht empfohlen ja
CD-R 5,25 Zoll,
700 MB
kleine Archive ja*
CD-RW 5,25 Zoll,
700 MB
kleine Archive nein
DVD 5,25 Zoll,
4 - 17 GB
nicht empfohlen ja
DVD-R 5,25 Zoll,
4 - 17 GB
mittelgroße Archive ja*
DVD-RW 5,25 Zoll,
4 - 17 GB
mittelgroße Archive nein
ISO 9171-WORM Medien 5,25 Zoll,
1,3 - 2,6 GB
mittelgroße bis große Archive ja*
ISO 10089-RW Medien 5,25 Zoll,
1,3 - 2,6 GB
mittelgroße bis große Archive nein
12 Zoll RW, herstellerspezifisch 12 Zoll,
2,6 - 16 GB
große Archive nein
12 Zoll WORM, herstellerspezifisch 12 Zoll,
2,6 - 16 GB
große Archive ja*
14 Zoll Medien, herstellerspezifisch 14 Zoll,
6,8 - 25 GB
große Archive unbekannt

(* Technologisch bedingt ist ein Überschreiben dieser Medien prinzipiell nicht vollständig zu verhindern. WORM-Medien werden jedoch im Allgemeinen als revisionssicher angesehen.)

Tabelle: Überblick über die Eignung optischer Speichermedien für die elektronische Archivierung

Magneto-Optische Systeme

Bei der magneto-optischen (MO) Speichertechnologie werden gespeicherte Daten, ähnlich wie bei optischen Speichern, durch Abtasten eines Speichermediums mit einem Laserstrahl gelesen. Im Gegensatz zu CD-ähnlichen Speichern wird der optische Effekt jedoch nicht durch Vertiefungen in der Oberfläche des Speichermediums verursacht, sondern durch eine Magnetschicht, deren Partikel beim Durchlaufen und Reflexion des Laserstrahls als Polarisationsfilter wirken. Die Polarisation der Oberfläche lässt sich punktuell beeinflussen, indem ein Magnetfeld angelegt wird, das nur an einer (wiederum durch einen Laser) speziell aufgeheizten Region des Speichermediums wirkt. In einem Schreibprozess werden die Regionen der Medienoberfläche gezielt unterschiedlich polarisiert.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über erhältliche Medienformate und die zugehörigen Standards:

Format Kapazität Normierung
3,5 Zoll Format 128 - 256 MB ISO Norm 10090
5,25 Zoll, RW 1,3 - 9,1 GB ANSI Norm X3.212
5,25 Zoll, WORM 1,3 - 9,1 GB ISO/IEC 11560, ANSI Norm X3.220

Tabelle: Medienformate

Auch bei den hier beschriebenen WORM-Medien kann technologisch bedingt ein nachträgliches unbefugtes Überschreiben (Brennen) bislang ungenutzter Bereiche nicht ausgeschlossen werden. Es handelt sich demnach auch hier nicht um "echte" Write-Once-Medien, sondern lediglich um nicht-löschbare Datenträger.

Magneto-optische Systeme weisen eine hohe Langzeitstabilität (nach Herstellerangaben mehr als 30 Jahre) und eine hohe Speicherkapazität von bis zu 9,1 GB je Medium auf. Die folgende Tabelle gibt einen kurzen Überblick über die Eignung magneto-optischer Speichermedien für die elektronische Archivierung:

Medium Kapazität Verwendung in Archiven Revisions-sicherheit
3,5 Zoll Format 128 - 256 MB nicht empfohlen nein
5,25 Zoll, RW 1,3 - 9,1 GB mittelgroße Archive nein
5,25 Zoll, WORM 1,3 - 9,1 GB mittelgroße Archive ja*

(* Technologisch bedingt ist ein Überschreiben der Medien prinzipiell nicht vollständig zu verhindern. WORM-Medien werden jedoch im Allgemeinen als revisionssicher angesehen.)

Tabelle: Speichermedien für elektronische Archivierung

Unabhängig von der Art des gewählten Archivmediums sollte grundsätzlich nach der Speicherung eine Verifikation durchgeführt werden. Zum einen sollte diese durch das System erfolgen, um zu überprüfen, ob ein genaues Abbild der zu speichernden Daten angelegt wurde. Zum anderen sollte aber auch stichprobenartig immer wieder durch den Archivverwalter geprüft werden, ob auch alle für die Archivierung vorgesehen Daten archiviert und nicht durch Fehlkonfigurationen übersehen wurden.

Prüffragen:

  • Sind die genutzten Archivmedien für das zu archivierende Datenaufkommen geeignet ( z. B. in Bezug auf das zu archivierende Datenvolumen, mittlere Zugriffszeiten und mittlere gleichzeitige Zugriffe auf das Archivsystem)?

  • Sind die genutzten Archivmedien für Langzeitarchivierung ( z. B. in Bezug auf Revisionssicherheit und Lebensdauer) geeignet?

Stand: 13. EL Stand 2013