Übungsaufgaben zur Datensicherung und Archivierung

Drei aus (je 1 P): versehentliches Löschen oder Überschreiben; absichtliches Löschen, Sabotage oder Verschlüsselung durch Ransomware; technischer Defekt (SSD, Dateisystem, Update); Diebstahl oder Verlust des Geräts; Brand, Wasser, Überspannung.

Je 1 P:

• Keine räumliche Trennung: Original und Kopie liegen auf derselben SSD im selben Gerät. Fällt die SSD aus oder wird das Notebook gestohlen, sind beide weg; Ransomware verschlüsselt beide Partitionen.
• Zu seltene Sicherung: Bei wöchentlicher Sicherung kann die Arbeit von bis zu einer Woche verloren gehen, und es gibt immer nur einen (alten) Stand.

Z. B.: Die Orga-Dateien täglich automatisch auf ein getrenntes Ziel sichern – das Schul-Netzlaufwerk der Schul-IT, das selbst gesichert wird, oder abwechselnd auf zwei verschlüsselte externe Festplatten, von denen eine nicht im selben Raum liegt (1 P Trennung vom Gerät, 1 P häufigere Sicherung bzw. mehrere Stände). Andere schlüssige Vorschläge sind richtig.

Drei aus (je 1 P): Festplatten verschlüsseln (Anmeldelisten enthalten personenbezogene Daten); Festplatten in fester Reihenfolge wechseln, damit ältere Stände erhalten bleiben (Rotation bzw. Generationenprinzip); nach der Sicherung abstecken und getrennt vom Notebook, möglichst an einem anderen Ort aufbewahren; Sicherung regelmäßig durch eine Testwiederherstellung prüfen; beschriften und Sicherungen protokollieren.

V · I · D · I (je 1 P)

B (2 P). A beschreibt eine Datensicherung mit Rotation, C eine Spiegelung (keine Sicherung, keine Archivierung), D widerspricht der Unveränderbarkeit.

1. 3 · b) 2 · c) 2 · d) 3 · e) 4 · f) 2 · Summe 16 Punkte

Vorteil: viel weniger Speicherplatz und kürzere Sicherungsdauer, weil nur die Änderungen seit der letzten Sicherung gesichert werden (1 P). Nachteil: Für die Wiederherstellung braucht man die Vollsicherung und alle inkrementellen Sicherungen danach – das dauert länger, und fehlt eine, fehlen deren Änderungen (1 P).

1. Vollsicherung vom Sonntag
2. inkrementelle Sicherung vom Montag
3. inkrementelle Sicherung vom Dienstag
4. inkrementelle Sicherung vom Mittwoch

Die Donnerstagssicherung gibt es noch nicht (22 Uhr). Bewertung: Vollsicherung als Start (1 P), alle drei inkrementellen (1 P), richtige Reihenfolge (1 P). Die Änderungen vom Donnerstag bis 9 Uhr sind verloren.

Vollsicherung vom Sonntag und die differenzielle Sicherung vom Mittwoch (je 1 P).

Mindestens 3 Exemplare der Daten (Original und zwei Kopien), auf 2 verschiedenen Medientypen, davon 1 Kopie an einem anderen Ort (je 1 P).

Geg.: D = 120\ \text{GB} = 120\,000\ \text{MB}, r = 200\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}

Ges.: t in min

\begin{aligned} r &= \frac{D}{t} &&\quad | \cdot t \quad | : r \\ t &= \frac{D}{r} = \frac{120\,000\ \text{MB}}{200\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}} = 600\ \text{s} \\ t &= \frac{600\ \text{s}}{60\ \tfrac{\text{s}}{\text{min}}} = \underline{\underline{10{,}000\ \text{min}}} \end{aligned}

Bewertung: Ansatz (1 P), Einheiten (1 P), Ergebnis (1 P).

Generationenprinzip (Großvater-Vater-Sohn).

1. 2 · b) 3 · c) 2 · d) 3 · e) 3 · f) 1 · Summe 14 Punkte

V2, D10 (je 1 P). Erläuterung (2 P): Ausgangspunkt ist immer die letzte Vollsicherung vor dem Schaden (V2 vom 18.10.). Eine differenzielle Sicherung enthält alle Änderungen seit dieser Vollsicherung, also genügt die letzte vor dem Schaden – das ist D10 vom Donnerstag, 22.10., denn D11 vom Freitag läuft erst um 23 Uhr.

ba) Das Betriebssystem setzt das Archivbit, wenn eine Datei neu ist oder geändert wird. Die Vollsicherung sichert alle Dateien und setzt das Bit zurück (1 P). Die inkrementelle sichert Dateien mit gesetztem Bit und setzt es zurück (1 P). Die differenzielle sichert Dateien mit gesetztem Bit und lässt es gesetzt – deshalb wächst sie bis zur nächsten Vollsicherung (1 P).

bb) V2, D9, D10 (2 P). Begründung (2 P): Die inkrementelle Sicherung D9 hat alle seit V2 geänderten Dateien gesichert (die differenziellen Läufe davor hatten die Bits nicht zurückgesetzt) und danach die Archivbits zurückgesetzt. D10 enthält deshalb nur noch die Änderungen von Mittwochnacht bis Donnerstagabend. Man braucht also V2, D9 (Änderungen So–Mi) und D10 (Änderungen Do); D7 und D8 sind in D9 enthalten.

Vater: V2 (18.10.), Großvater: V1 (11.10.) – je 1 P.

Jede differenzielle Sicherung enthält alle Änderungen seit der Vollsicherung, also die Summe der bisherigen Tagesänderungen:

Bewertung: sechs differenzielle Werte (3 P, ab dem zweiten Fehler 0), beide Summen (2 P). Die Rechnung gilt nur, weil an jedem Tag andere Dateien geändert wurden; sonst wären die differenziellen Volumen kleiner.

Drei aus (je 1 P): Bänder liegen offline und sind vor Schadsoftware im Netz geschützt; hohe Kapazität (18 TB je Band); lange Haltbarkeit (30 Jahre bei richtiger Lagerung); geringe Kosten je TB; kein Stromverbrauch im Regal; mit LTFS einfacher Zugriff wie auf ein Wechsellaufwerk.

fa) RPO (Recovery Point Objective): der größte Zeitraum, für den Datenverlust hingenommen wird – er bestimmt, wie oft gesichert werden muss (hier bisher bis zu 24 Stunden) (2 P). RTO (Recovery Time Objective): die längste erlaubte Zeit vom Ausfall bis zum wiederhergestellten Betrieb, einschließlich Fehlersuche und Rückspielen (2 P).

fb) Je 2 P, z. B.:

• Wiederherstellungszeit: zuerst auf ein schnelles Festplattensystem sichern und erst danach auf Band kopieren (Disk-to-Disk-to-Tape); aktuelle Stände liegen dann für einen schnellen Restore auf Platte bereit. Auch möglich: Ersatzserver bzw. virtuelle Maschine direkt aus der Sicherung starten.
• Datenverlust: in kurzen Abständen zusätzlich sichern, z. B. stündliche Snapshots bzw. inkrementelle Sicherungen auf Festplatte oder fortlaufende Sicherung der Transaktionsprotokolle der Shop-Datenbank.

1. 4 · b) 7 (3 + 4) · c) 2 · d) 5 · e) 3 · f) 8 (4 + 4) · Summe 29 Punkte

Bisher gibt es nur zwei Exemplare (Original und NAS), beide auf Festplatten und am selben Ort; ein Brand im Rechenzentrum oder Ransomware mit Zugriff auf das NAS trifft beide (2 P).

Vorschlag (3 P): Original auf den Servern (1), nächtliche Sicherung auf das NAS für schnelle Wiederherstellung (2), zusätzlich verschlüsselte Kopie an einem anderen Ort und auf anderem Medientyp, z. B. bei einem Cloud-Anbieter mit Rechenzentrum in der EU mit unveränderbarem Speicher (Objekt-Sperre) oder auf LTO-Bänder, die wöchentlich ins Büro am Jahnplatz gebracht werden (3).

• Cloud/BaaS (2 P): automatisch an einem anderen Ort, kein Transport; keine eigene Hardware und Wartung; Anbieter übernimmt Betrieb und Überwachung; skalierbar.
• Eigene Bänder, On-Premises (2 P): volle Kontrolle über die Daten (Datenschutz), keine laufenden Gebühren je TB, Wiederherstellung unabhängig von der Internetbandbreite, offline und damit vor Ransomware geschützt.

Geg.: D = 800\ \text{GiB} = 800 \cdot 2^{30}\ \text{Byte} = 858\,993\,459\,200\ \text{Byte}, r_{\text{Cloud}} = 500\ \tfrac{\text{Mbit}}{\text{s}}, r_{\text{LTO}} = 300\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}

ca) Ges.: t_{\text{Cloud}} in h

\begin{aligned} r &= \frac{D}{t} &&\quad | \cdot t \quad | : r \\ t &= \frac{D}{r} \\ t_{\text{Cloud}} &= \frac{858\,993\,459\,200 \cdot 8\ \text{bit}}{500 \cdot 10^{6}\ \tfrac{\text{bit}}{\text{s}}} \approx 13\,743{,}895\ \text{s} \\ &= \frac{13\,743{,}895\ \text{s}}{3600\ \tfrac{\text{s}}{\text{h}}} \approx \underline{\underline{3{,}818\ \text{h}}} \end{aligned}

Bewertung: Umrechnung GiB in Byte (1 P), Byte in Bit (1 P), Division (1 P), Ergebnis in h (1 P).

cb) Ges.: t_{\text{LTO}} in min

\begin{aligned} t_{\text{LTO}} &= \frac{858\,993\,459\,200\ \text{Byte}}{300 \cdot 10^{6}\ \tfrac{\text{Byte}}{\text{s}}} \approx 2\,863{,}312\ \text{s} \\ &= \frac{2\,863{,}312\ \text{s}}{60\ \tfrac{\text{s}}{\text{min}}} \approx \underline{\underline{47{,}722\ \text{min}}} \end{aligned}

Bewertung: Ansatz (1 P), Rechnung (1 P), Ergebnis in min (1 P).

Zwei aus (je 2 P): werktags nur inkrementell oder differenziell, Vollsicherung am Wochenende; Kompression und Deduplizierung (gleiche Blöcke, z. B. unveränderte Profilbilder, nur einmal); höhere Bandbreite bzw. eigenes Sicherungsnetz; erste Vollsicherung per Datenträger zum Cloud-Anbieter schicken; nicht benötigte Daten (Caches, temporäre Dateien) ausschließen.

Die Snapshots sind nützlich, um schnell einen Stand der letzten Stunden zurückzuholen (z. B. nach einem fehlerhaften Update) (1 P). Sie liegen aber auf demselben Speichersystem wie die VMs: Fällt dieses aus, brennt der Serverschrank oder verschlüsselt ein Angreifer den Speicher, sind sie mit verloren (1 P). Sie ersetzen also keine Sicherung auf einem getrennten Medium an einem anderen Ort, sondern ergänzen sie (1 P).

Die Dateien einer laufenden Datenbank einfach zu kopieren, kann einen inkonsistenten, halb geschriebenen Stand ergeben, der sich nicht wiederherstellen lässt (1 P). Deshalb mit den Werkzeugen des DBMS sichern, z. B. mariadb-dump mit konsistentem Lesen bzw. ein Backup-Werkzeug der Datenbank, oder Schreibzugriffe kurz anhalten und einen Snapshot erstellen (1 P). Zusätzlich die Transaktionsprotokolle (Binärlog) sichern, um Änderungen bis kurz vor einem Ausfall nachspielen zu können (1 P).

Drei aus (je 1 P): Verantwortliche und Vertretung benennen; Sicherungsplan und Wiederherstellungsanleitung dokumentieren; regelmäßige Wiederherstellungstests; Sicherungsprotokolle täglich kontrollieren; Aufbewahrung und Transport der Medien regeln; Sicherungen verschlüsseln und Schlüssel getrennt verwahren; Mitarbeitende schulen.

Je Zeile 1 P. Hintergrund: Ein kompromittiertes Sicherungskonto soll die vorhandenen Sicherungen nicht löschen oder verschlüsseln können (Minimalprinzip).

1. 5 · b) 4 · c) 7 (4 + 3) · d) 4 · e) 3 · f) 3 · g) 3 · h) 3 · Summe 32 Punkte

Datensicherung (2 P): Kopie der aktuellen Betriebsdaten für die Wiederherstellung nach Datenverlust; alte Stände werden nach Tagen bis Monaten überschrieben; das Original bleibt im Produktivsystem.

Archivierung (2 P): abgeschlossene Daten werden langfristig (Jahre) und unveränderbar aufbewahrt und aus dem Produktivsystem ausgelagert, um gesetzliche Aufbewahrungspflichten zu erfüllen; sie müssen auffindbar bleiben und werden nach Fristende gelöscht.

Drei aus (je 1 P): vollständig; richtig; unveränderbar bzw. Änderungen protokolliert (z. B. WORM); geordnet und jederzeit auffindbar; nachvollziehbar (Protokollierung, Verfahrensdokumentation); verfügbar und lesbar bis zum Ende der Aufbewahrungsfrist.

Zwei aus (je 2 P): auf ein Medium bzw. einen Speicher mit Unveränderbarkeit schreiben (WORM, Aufbewahrungssperre), damit nichts gelöscht oder geändert werden kann; Index und Metadaten (Rechnungsnummer, Kunde, Datum) anlegen, damit jede Rechnung auffindbar ist; Aufbewahrungsfrist festlegen und nach Ablauf löschen; im Originalformat (XML bzw. ZUGFeRD-PDF) und in einem langfristig lesbaren Format speichern; Medien regelmäßig auf Lesbarkeit prüfen und Archiv selbst sichern.

Geg.: n = 12\,000\ \tfrac{\text{Rechnungen}}{\text{a}}, g = 350\ \text{kB} = 350\,000\ \text{Byte}, j = 8\ \text{a}, Zuschlag 20\ \%

Ges.: Speicherbedarf S in GiB

\begin{aligned} \text{I:}\quad S_{\text{Rechn}} &= n \cdot j \cdot g = 12\,000 \cdot 8 \cdot 350\,000\ \text{Byte} = 33\,600\,000\,000\ \text{Byte} \\ \text{II:}\quad S &= S_{\text{Rechn}} \cdot 1{,}2 \\ \text{I in II:}\quad S &= 33\,600\,000\,000\ \text{Byte} \cdot 1{,}2 = 40\,320\,000\,000\ \text{Byte} \\ S &= \frac{40\,320\,000\,000\ \text{Byte}}{2^{30}\ \tfrac{\text{Byte}}{\text{GiB}}} \approx 37{,}551\ \text{GiB} \approx \underline{\underline{38\ \text{GiB}}} \end{aligned}

Bewertung: Rechnungen gesamt (1 P), Byte (1 P), Zuschlag (1 P), Umrechnung mit 2^{30} (1 P), Rundung (1 P). Wer die 20 % erst nach der Umrechnung aufschlägt, kommt auf dasselbe Ergebnis.

Geg.: D_{\text{voll}} = 48\ \text{GB} = 48\,000\ \text{MB}, Tagesänderung \Delta = 2\ \text{GB} = 2\,000\ \text{MB}, r = 120\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}

Eine Vollsicherung dauert t_{\text{voll}} = \frac{48\,000\ \text{MB}}{120\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}} = 400\ \text{s}, ein Tag Änderungen t_{\Delta} = \frac{2\,000\ \text{MB}}{120\ \tfrac{\text{MB}}{\text{s}}} \approx 16{,}667\ \text{s}.

ea) Ges.: t_{\text{a}}

t_{\text{a}} = 7 \cdot 400\ \text{s} = 2\,800\ \text{s} = \underline{\underline{46\ \text{min}\ 40\ \text{s}}}

eb) Ges.: t_{\text{b}} – die differenziellen Sicherungen wachsen von 2 GB auf 12 GB:

t_{\text{b}} = 400\ \text{s} + (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) \cdot 16{,}667\ \text{s} = 400\ \text{s} + 21 \cdot 16{,}667\ \text{s} \approx 750\ \text{s} = \underline{\underline{12\ \text{min}\ 30\ \text{s}}}

ec) Ges.: t_{\text{c}}

t_{\text{c}} = 400\ \text{s} + 6 \cdot 16{,}667\ \text{s} \approx 500\ \text{s} = \underline{\underline{8\ \text{min}\ 20\ \text{s}}}

Je Teil 2 P (Ansatz 1 P, Ergebnis 1 P).

Sohn: 4 Bänder (Mo–Do, wöchentlich wiederverwendet); Vater: 4 Bänder (ein Monat hat höchstens fünf Freitage, der letzte ist der Großvater); Großvater: 12 Bänder (je Monat eines, ein Jahr aufbewahrt). Zusammen 20 Bänder. Je Generation 1 P.

Zwei aus (je 2 P): verlustfreie Kompression (Rechnungen dürfen sich nicht verändern); Kompressionsrate (bei bereits komprimierten PDF-Dateien gering); Geschwindigkeit beim Packen und Entpacken; offenes, langfristig lesbares Format und Unterstützung auf allen Plattformen; Verschlüsselung und Prüfsummen zur Integritätskontrolle; Lizenz und Kosten.

Die Bänder werden nicht nur „gelöscht“, sondern sicher vernichtet: physische Zerstörung bzw. Entmagnetisierung durch einen zertifizierten Dienstleister nach DIN 66399 oder, bei vollständig verschlüsselten Bändern, Löschen aller Schlüssel (1 P); die Vernichtung wird protokolliert (1 P).

1. 4 · b) 3 · c) 4 · d) 5 · e) 6 · f) 3 · g) 4 · h) 2 · Summe 31 Punkte