Was macht SMR Festplatten besonders ?

Seit Jahren sind Festplattenhersteller wie Western Digital bestrebt, immer größere Festplattenkapazitäten zur Verfügung stellen zu können. Dieses Betreben ist auch mit Erfolg gekrönt, bietet der Markt mittelerweile Festplatten mit Kapazitäten weit über 10 TB an. Während die höheren Kapazitäten bei gleichzeitig sinkenden Preisen Pro GB für den Endkunden und Nutzer erfreulich erscheinen bringen diese Festplatten die WD Datenrettung ganz neue Problemstellungen mit sich. Das fängt bereits damit an, dass einige dieser neuen Festplatten in der Desktop-Bauform nicht mehr mit Luft sondern mit Helium gefüllt sind. Zusätzlich sind die Festplatten verschweißt und versiegelt, um ein Entweichen des Heliums so lange wie möglich zu verhindern.

Aus perspektive des Endnutzers ist aber vor allem die Einführung von der SMR-Technologie in Verbindung mit einer Implementation des TRIM-Befehls als problematisch anzusehen. Bei SMR-Festplatten werden die einzelnen Datenspuren nicht voneinander getrennt, sondern leicht überlappend beschrieben. Dies ermöglicht es, mehr Daten auf einer gleich großen Fläche zu speichern, womit die Datendichte und Datenkapazität erhöht werden kann.

Da sich die Datenspuren leicht überlappen müssen benachbarte Spuren bei einem Schreibvorgang ebenfalls neu beschrieben werden. Die  Festplattentechnik hat sich mit SMR also der SSD Technik angenähert, bei der immer nur ganze Speicherblöcke beschrieben werden können. Somit verwundert es auch nicht, dass ein Konzept, das bei den SSDs schon länger Anwendung findet nun auch bei herkömmlichen Festplatten Einzug hält, um die Effektivität und Geschwindigkeit zu erhöhen: der TRIM-Befehl.

TRIM bei SMR Festplatten von Western Digital

Von Seiten Western Digital heißt es zu SMR-Festplatten:

“TRIM command support on the USB (SCSI) side is called UNMAP and the controller performs an UNMAP to TRIM translation. It maintains the performance at an optimal level (as

fresh out of the box) over its lifetime and reduces the wear and tear of the drive, as it reclaims the occupied garbage space in advanced, avoiding unnecessary read-modify-write operations.

TRIM/UNMAP is supported for external hard drives with SMR (Shingled Magnetic Recording) drive inside, like SSDs, for dataset management and to improve SMR performance over time. One of the shingled write benefits is that all physical sectors are written sequentially in a direction radially and are only rewritten after a wrap-around. Rewriting a previously written LBA (Logical Block Addressing) will cause the previous write to be marked invalid and the LBA will be written to the next sequential physical sector. The

TRIM/UNMAP enables the OS to inform the drive which blocks are no longer considered to be in use and can be reclaimed internally by the HDD to ensure that later write operations perform at full speed.” vgl. https://support-en.wd.com/app/answers/detail/a_id/25185

Der TRIM-Befehl führt dazu, dass bei den Festplatten von Western Digital, die ihn implementieren nach dem Löschen von Dateien eine Datenrettung mit kostenfreier oder kostenpflichtiger Datenrettungssoftware schlicht nicht mehr möglich ist. Gleiches gilt für eine Schnellforamtierung, bei der der so genannte “secondary translator” einen Reset erfährt.

Bei einem Löschvorgang wird der Festplatte über das Betriebssystem mitgeteilt, welche Datenbereiche der Festplatte zu löschen sind. Der Hauptprozessor der Festplatte liefert dann beim Zugriff auf den entsprechenden Datenbereich immer Null zurück, egal, ob dort noch physisch Daten vorhanden sind oder nicht. Dies beschleunigt natürlich die allgemeine Festplatten-Funktion, ist aber ein Paradigmenwechsel mit Blick auf die Datensicherheit von Festplatten.

So haben wir kürzlich einen Fall bearbeitet, bei dem genau das passiert war: Der Kunde hatte eine Datensicherung zu früh gelöscht. In diesem Fall war die Festplatte Schnellformatiert worden. Die fundierte Untersuchung der Festplatte hat ergeben, dass der TRIM-Befehl ausgeführt worden war und die Festplatte komplett mit Nullen gefüllt worden war. Ebenso wie bei SSDs ist somit das Löschen von Daten bei SMR-Festplatten mit aktiviertem TRIM für den Nutzer irreversibel. Zunächst sorgt der Festplatten-Controller über das Zurücksetzen der Translationstabellen dafür, dass die Festplatte nur noch Nullen ausliefert und im Idle-Status (HDD Leerlaufzeiten) werden die Datenbereiche dann im Hintergrund dauerhaft gelöscht. Eine Datenrettung ist nicht mehr möglich, sobald die Festplatte die entsprechenden Datenbereiche einmal überschrieben bzw. zurückgesetzt hat !

Auswahl von SMR-Festplatten von Western Digital, die TRIM unterstützen sind u.a.

Western Digital Palmer Familie (WD10SDZW /UMG/Z10T/Y0TS, WD10SPZX-22Z10T1 WD Blue)
Western Digital Charger Familie (WD20SDZW, WD10SMZW )
Western Digital Spyglass Familie (WD40NMZW-11GX6S1, WD30NMZW-11GX6S1, WD40NPZZ-00DPT0)
Western Digital Spyglass 2 Familie (WD50NDZW-11MR8S1)

Hierbei handelt es sich nicht um “besondere” Modelle. Diese Festplatten sind seit geraumer Zeit in herkömmlichen externen Festplatten-Modellen von Western Digital wie der WD My Passport, der WD Elements portable sowie bei Drittherstellern verbaut.

Und noch eine weitere “Innovation” erschwert die Datenrettung bei den neuesten Festplatten von Western Digital: Eine SED-Verschlüsselung, die über den Hauptprozessor der Festplatte (MCU) realsiert wird.

Die Festplatten sind über die Festplatten-Elektronik gesperrt, d.h. sie lassen ohne umfangreiche weitere Maßnahmen keinerlei Manipulation der Service-Area mehr zu. Diese “Manipulation” ist aber gerade für eine professionelle Datenrettung von Festplatten häufig notwendig. Nur so können Datenretter zum Beispiel bestimmte Hintergrundaktivitäten der Festplatte abstellen, die zu einer weiteren Beschädigung einer zu rettenden Festplatte führen können.

Die Daten werden bei diesen SED Festplatten verschlüsselt abgespeichert, unbhängig davon, ob es sich um eine WD My Passport oder WD Elements Festplatte oder einen Dritthersteller handelt, der die Festplatten unter eigenem Label vermarktet (wie etwa externe Festplatten von Intenso). Die Verschlüsselung ist dabei an die MCU, also die Laufwerkselektronik gebunden. Dies bedeutet nicht weniger, als dass eine Datenrettung nur mit der originalen Laufwerkselektronik gelingen kann. Wenn diese zu stark beschädigt ist oder verloren geht so ist eine Datenwiederherstellung ebenfalls nicht mehr möglich, selbst wenn die Festplatte mechanisch vollkommen in Ordnung ist.