Bitrot: waarom SSD’s en HDD’s een houdbaarheidsdatum hebben

Wie belangrijke documenten op een harde schijf of SSD opslaat en voor enkele jaren de kluis in duwt, loopt het risico op een onaangename verrassing. De data zijn misschien niet meer leesbaar, met dank aan bitrot. Met de juiste voorzorgsmaatregelen houd je je gegevens gelukkig wel gezond.

Bitrot is de veelgebruikte term voor datadegradatie binnen een opslagmedium. De term heeft betrekking op situaties waarbij gegevens onleesbaar worden zonder een specifieke hardwarefout, bugs of een vergissing van een gebruiker. Er zijn tal van redenen waarvoor data op een actief systeem verloren kan gaan, zoals ransomware of hardwarefalen, maar daarvoor bestaan bekende remediëringstechnieken. Denk aan RAID-configuraties en back-up.

Bitrot doet zich echter voor wanneer je een opslagmedium niet gebruikt. Het fenomeen is het bekendst van bij harde schijven, maar treft ook SSD’s. Bij harde schijven is het probleem gelinkt aan bit flips. Een bit flip komt voor wanneer een opgeslagen bit spontaan van een 0 naar een 1 verandert, of omgekeerd. Die situatie is een risico voor HDD’s, of ze nu in een pc of server zitten of in een archiefkast.

HDD’s en flippende bits

Aan de bron ligt het magnetisme waarvan HDD’s gebruik maken om data te onthouden. De schijf binnenin een harde schijf is opgebouwd uit aluminium bij de meeste desktopdrives of glas in kleinere 2,5 inch-HDD’s voor laptops. Boven op die schijf ligt een dunne laag van andere metalen. Doorgaans gaat het om een vorm van ijzeroxide. De partikels in die dunne laag kunnen een eigen magnetische lading houden. De HDD manipuleert de magnetische lading aan de hand van stroom.  De richting waarin de stroom vloeit, bepaalt de polariteit van het magnetische veld en dat zorgt er op zijn beurt voor dat de HDD het onderscheid kan maken tussen 0 en 1.

Bitrot HDD platter
Het schijf-deel van een harde schijf bevat microscopische zones die een magnetische lading houden ter representatie van een bit. Die lading is gevoelig voor externe straling.

De harde schijf is in staat zijn magnetische lading te bewaren zonder stroom. Dat maakt het opslaggeheugen al decennialang zo geschikt voor persistente opslag. RAM-geheugen is in contrast niet in staat bits en bytes te onthouden wanneer de stroom wegvalt. De bewaarcapaciteit van de HDD impliceert spijtig genoeg niet dat het ding in staat is alle gegevens tot in de eeuwigheid foutloos bij te houden.

Zelfs wanneer je een HDD ontkoppelt en ergens veilig wegstopt, blijft het ding onderhevig aan zijn omgeving. Denk daarbij niet aan potentieel dramatische gebeurtenissen zoals overstromingen of brand die een harde schijf kunnen vernielen, maar aan latente straling. Eenvoudige elektromagnetische straling in de achtergrond is in staat de magnetische zones op de schijf van de HDD te beïnvloeden en de polariteit van een zone om te keren. Dat is de zogenaamde bit flip die bitrot bij HDD’s veroorzaakt. Wanneer slechts enkele bits in een bestand van 0 naar 1 zijn omgekeerd, wordt een bestand al onleesbaar.

Bitrot en foutcorrectie

Harde schijven zijn gewapend tegen een dergelijk fenomeen. De drives komen met foutcorrectietools ingebouwd in de firmware. Die detecteert eventuele bit flips en probeert ze waar mogelijk te herstellen. Het beschermingsproces werkt echter alleen wanneer de HDD aan een systeem hangt. Stop de drive weg in een kluis, en de correctiesoftware kan zijn ding niet doen. Wanneer je dan na vijf of tien jaar opnieuw naar de data op de HDD grijpt, bestaat de kans dat het te laat is om nog correcties uit te voeren en zijn gegevens weggerot.

Lees ook: RAID-problemen: HDD-bouwers vermommen trage drives als snellere schijven

Bitrot in HDD’s kan gelukkig een hele tijd duren. Wie na minder dan tien jaar een onleesbare drive tegekomt, heeft in de praktijk wel erg veel pech gehad. Het fenomeen is vooral relevant voor de langetermijnopslag van data. Foto’s of oude bouwplannen voor de volgende generatie bewaren op een losgekoppelde harde schijf brengt bijvoorbeeld wel een risico met zich mee.

Rottende SSD’s

Problematischer wordt het wanneer we naar de SSD kijken. Solid State Drives vervangen HDD’s in laptops en pc’s omdat ze veel sneller zijn. De dingen berusten op een totaal andere technologie dan de harde schijf maar dat maakt hen niet immuun voor bitrot, integendeel.

Magnetisme speelt geen rol binnen de SSD. De toestellen slagen data op door een elektrische lading te bewaren binnen een geïsoleerde transistor. Het verschil aan lading correspondeert rechtstreeks met 0 of 1. De gevangen elektronen hebben geen last van elektromagnetische straling en zijn eigenlijk beter gewapend tegen invloeden van buitenaf dan de HDD. Het gevaar schuilt hier in de opbouw van de SSD zelf.

bitrot SSD
SSD’s bewaren bits in de vorm van een geïsoleerde elektrische lading, maar die kan na verloop van tijd lekken.

SSD’s zijn een vorm van niet vluchtig flash-geheugen dat data kan bijhouden zonder stroom, maar dat lukt niet voor eeuwig. Na verloop van tijd verzwakt de elektrische lading opgeslagen in de SSD. Elektronen ontsnappen en ééntjes worden nulletjes. Het resultaat is hetzelfde als bij een magnetische bit flip: corruptie van data. Bij losgekoppelde SSD in eenzelfde staat kan bitrot al na enkele jaren optreden. Externe factoren zoals warmte versnellen het rottingsproces nog. Creatieve professionals die externe SSD’s gebruiken en er eentje opzij leggen met foto’s of filmmateriaal op, houden hier best rekening mee.

Rottigheid voorkomen

Bitrot voorkomen is gelukkig niet zo moeilijk. Voor SSD’s volstaat het om de drives één of twee keer per jaar te activeren. Daarmee blijft de elektrische lading in principe intact.

Voor SSD’s volstaat het om de drives één of twee keer per jaar te activeren.

HDD’s activeer je idealiter ieder jaar. In het geval van de HDD is het bovendien een goed idee om van dat moment gebruik te maken om een extra controle van de drive uit te voeren. Een S.M.A.R.T (Self Monitoring, Analysis, and Reporting Technology)-test is het absolute minimum. De test geeft je informatie over eventuele slechte sectoren zodat je een beeld krijgt van de gezondheid van een drive. Zo kan je de HDD vervangen voor mechanische problemen bitrot irrelevant maken.

Geschikte archiveringsmedia

De realiteit is dat noch HDD’s, noch SSD’s geschikt zijn voor offline back-up op lange termijn. Degradatie is inherent aan beide media. De HDD is extra gevoelig voor mechanische problemen buiten bitrot om terwijl de SSD simpelweg nooit ontwikkeld is voor lange termijnopslag. SSD’s zijn als drive gemaakt voor snelheid en gebruik, niet voor archivering. Archivering op HDD’s gebeurt natuurlijk wel. Fabrikanten hebben er zelfs specifieke drives voor. Die schijven zitten echter permanent in een server waar ze gemonitord en indien nodig vervangen worden.

Lees ook: Waarom een professionele SSD meer geld kost

Andere technologieën zijn geschikter voor offline-opslag in een kast of kluis. Zo is er de in 2015 gelanceerde Archival Disk van Sony en Panasonic: een optische drive die data decennialang zonder problemen kan vasthouden. M-Disks zijn een gelijkaardig product waarbij optische drives in een case gecombineerd worden tot een logisch geheel dat de tand des tijds kan doorstaan. Moet het allemaal wat minder exotisch, vergeet dat de Blu Ray-drive niet. Dergelijke schijven houden data in principe enkele honderden jaren vast.

De optische media zijn niet immuun voor de elementen maar wel voor bitrot. Het grootste risico is dat het fysieke medium zelf beschadigd raakt en ook die kans is kleiner, aangezien het in essentie om eenvoudige schijfjes zonder mechanische componenten gaat. Het grootste risico bij dergelijke langetermijnopslag is de interface: de kans bestaat dat het binnen 50 jaar niet meer vanzelfsprekend is om een toestel te vinden dat een Blu Ray kan uitlezen.