Sicheres Löschen und Zerstören von Schlüsseln

Wenn Sie eine Datei mit rm löschen oder in den Recycle Bin verschieben, entfernt das Betriebssystem lediglich den Verzeichniseintrag, der auf die Datei verweist. Die eigentlichen Dateidaten bleiben auf dem Speichermedium erhalten, bis neue Daten diese Sektoren überschreiben. Ein forensisches Tool kann die Daten wiederherstellen, indem es die nicht zugeordneten Sektoren durchsucht. Deshalb erfordert sicheres Löschen mehr als einen einfachen Löschvorgang.

Ältere magnetische Festplatten mit sehr hoher Datendichte auf den Plattenoberflächen können theoretisch nach einem einmaligen Überschreiben eine Restmagnetisierung behalten. Dadurch wäre eine Datenwiederherstellung durch spezialisierte Labore mithilfe der Magnetkraftmikroskopie möglich. Dies war bei älteren Laufwerken relevanter; bei modernen Laufwerken mit hoher Datendichte ist eine solche Wiederherstellung aufgrund der Spurbreite und Bitdichte praktisch nicht durchführbar. Diese Befürchtung führte jedoch zu Standards für mehrfaches Überschreiben wie DoD 5220.22-M.

SSDs erschweren sicheres Löschen erheblich. TRIM teilt dem SSD-Controller mit, welche Blöcke zum Löschen freigegeben sind, aber der tatsächliche Löschzeitpunkt hängt vom Controller ab und kann verzögert werden. Wear-Leveling verschiebt Daten zwischen Speicherzellen, um Schreibvorgänge gleichmäßig zu verteilen. Dadurch können Kopien alter Daten in Bereichen verbleiben, die das Betriebssystem als frei betrachtet. Das direkte Überschreiben einer Datei auf einer SSD überschreibt daher nicht zuverlässig alle Kopien der Daten.

Der Standard DoD 5220.22-M schrieb historisch ein siebenmaliges Überschreiben vor (Muster aus 0x00, 0xFF und Zufallsdaten sowie Durchläufe zur Überprüfung). Er wurde für ältere magnetische Laufwerke entwickelt und ist für moderne Laufwerke weitgehend irrelevant. NIST SP 800-88 hat diesen Standard für die meisten Speichertypen abgelöst und empfiehlt, dass ein einmaliger Löschdurchlauf (Überschreiben mit Nullen oder Einsen) für moderne magnetische Laufwerke ausreicht.

Der Befehl shred unter Linux überschreibt eine Datei mehrmals, bevor er sie löscht: shred -vzun 3 secret.txt überschreibt sie dreimal (-n 3), fügt einen abschließenden Durchlauf mit Nullen hinzu (-z) und entfernt anschließend die Datei (-u); dabei wird eine ausführliche Ausgabe erzeugt (-v). Auf SSDs ist shred jedoch aufgrund des Wear-Leveling unzuverlässig. Gleiches gilt für Journaling-Dateisysteme, die alte Daten in Journalen aufbewahren können, sowie für Copy-on-Write-Dateisysteme wie Btrfs oder ZFS.

Der zuverlässigste Ansatz für sicheres Löschen auf SSDs und modernen Speichermedien besteht darin, vertrauliche Daten niemals unverschlüsselt zu speichern. Wenn die gesamte Festplatte von Anfang an verschlüsselt ist, liegen die Klartextdaten zu keinem Zeitpunkt unverschlüsselt auf dem Medium vor. Wenn das Laufwerk ausgemustert werden soll, macht die Zerstörung des Verschlüsselungsschlüssels (kryptografisches Löschen) sämtliche Daten sofort und dauerhaft unwiederherstellbar – unabhängig davon, wie viele Daten auf dem Laufwerk gespeichert sind.

Moderne Festplatten und SSDs unterstützen den ATA-Secure-Erase-Befehl (hdparm --security-erase unter Linux). Dieser weist den internen Controller des Laufwerks an, alle Bereiche mit Benutzerdaten zu löschen, einschließlich der umgeleiteten Sektoren, auf die das Betriebssystem nicht direkt zugreifen kann. Bei SSDs werden dadurch typischerweise alle Flash-Zellen in ihren gelöschten Zustand zurückgesetzt. Bei korrekter Implementierung ist dieses Verfahren gründlicher als das Überschreiben durch Software und dauert nur wenige Sekunden bis Minuten.

Kryptografisches Löschen bedeutet, alle Daten mit einem Schlüssel zu verschlüsseln, der ausschließlich an einem sicheren Ort gespeichert wird, und anschließend den Schlüssel zu zerstören. Die Daten werden dauerhaft unlesbar, da eine Entschlüsselung ohne den Schlüssel praktisch nicht durchführbar ist. Cloudanbieter verwenden diesen Ansatz bei der Ausmusterung von Speichersystemen: Die Daten jedes Kunden werden mit einem kundenspezifischen Schlüssel verschlüsselt, und durch das Löschen des Schlüssels werden die Daten sofort unwiederbringlich.

Das Paket secure-delete (Linux) stellt mehrere Dienstprogramme bereit: srm zum sicheren Entfernen von Dateien (das 35-Durchläufe umfassende Gutmann-Verfahren, wobei für moderne Laufwerke 1–3 Durchläufe ausreichen), smem zum sicheren Löschen des Arbeitsspeichers, sfill zum Füllen des freien Speicherplatzes und sswap zum sicheren Löschen des Swap-Bereichs. Wie shred sind diese Werkzeuge auf herkömmlichen magnetischen Laufwerken am effektivsten und auf SSDs aufgrund des Wear-Leveling weniger zuverlässig.

Für die größtmögliche Sicherheit, insbesondere bei vertraulichen Regierungs- oder Gesundheitsdaten, ist die physische Zerstörung die zuverlässigste Methode zum sicheren Löschen. Beim Entmagnetisieren werden magnetische Medien einem starken Magnetfeld ausgesetzt, das alle magnetischen Domänen zufällig ausrichtet. Industrielle Schredder zerkleinern Laufwerke in kleine Fragmente. Eine Verbrennung bei ausreichend hoher Temperatur zerstört sämtliche Speichermedien. NIST SP 800-88 gibt Hinweise zu geeigneten Zerstörungsmethoden für die jeweiligen Medientypen.

NIST SP 800-88 definiert drei Stufen der Medienbereinigung: Clear (softwarebasiertes Überschreiben, geeignet für die interne Wiederverwendung), Purge (medienspezifische Verfahren wie Secure Erase oder Entmagnetisieren, geeignet für die Weitergabe an externe Stellen) und Destroy (physische Zerstörung, geeignet für Daten mit der höchsten Sensitivitätsstufe). Die geeignete Stufe hängt von der Klassifizierung der Daten und der geplanten weiteren Verwendung des Mediums nach der Bereinigung ab.

Welches Prinzip steht hinter dem kryptografischen Löschen von Speichermedien?

Zusammenfassung zum sicheren Löschen: rm und der Recycle Bin entfernen lediglich Verzeichniseinträge, sodass die Daten wiederherstellbar bleiben; SSDs und Wear-Leveling machen das Überschreiben durch Software unzuverlässig; eine von Anfang an durchgeführte Verschlüsselung der gesamten Festplatte in Verbindung mit der Zerstörung des kryptografischen Schlüssels ist die zuverlässigste Strategie; ATA Secure Erase arbeitet auf Controller-Ebene für SSDs; physische Zerstörung (Entmagnetisieren, Schreddern) bietet die größtmögliche Sicherheit für besonders vertrauliche Daten.