Wie man Daten aus mit LUKS verschlüsselten LVM-RAID-5- und RAID-0-Arrays wiederherstellt
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Autor:
Glib Khomenko
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Editor:
Alexandr Shafarenko
In diesem Artikel betrachten wir eines der schwierigsten Probleme beim Datenverlust — Datenwiederherstellung von Server-LVM-RAID-0- und RAID-5-Arrays, die zusätzlich mit dem LUKS-Standard verschlüsselt sind.
- Merkmale von LVM-RAID und LUKS-Verschlüsselung
- So verbinden Sie die Laufwerke mit einem PC
- Wiederherstellung von Daten aus mit LUKS verschlüsselten LVM-RAID-5- und RAID-0-Arrays
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
- Bemerkungen
LVM-RAID-5- und RAID-0-Arrays, die mit LUKS (Linux Unified Key Setup) verschlüsselt sind, werden unter Linux zur Organisation von Speicherplatz, zur Leistungssteigerung oder zur Bereitstellung von Fehlertoleranz für die Datenspeicherung in RAID 5 verwendet. Durch Festplattenbeschädigung, LVM-Konfigurationsfehler, Systemausfall oder den Verlust des Zugriffs auf den Verschlüsselungsschlüssel können die Daten jedoch unzugänglich werden. In diesem Artikel zeigen wir, wie Informationen aus solchen Arrays wiederhergestellt werden, ihre Struktur identifiziert, auf verschlüsselte LUKS-Volumes zugegriffen und verlorene Dateien mit spezialisierten Datenwiederherstellungswerkzeugen zurückgeholt werden können.
Systemabstürze unter Linux, Hardwarefehler am Server, Ausfälle von Speichergeräten oder das versehentliche Löschen eines logischen Volumes sind typische Situationen, die ein Array zerstören und den Zugriff auf Dateien blockieren können. Die zusätzliche kryptografische Absicherung erschwert die Situation nur noch, da Ihre Datenträger für andere Systeme wie eine zusammenhängende Folge unverständlicher Daten oder nicht zugeordneter Geräte erscheinen, dies jedoch keinen dauerhaften Datenverlust bedeutet.
Im Folgenden gehen wir Schritt für Schritt durch den Wiederherstellungsprozess und zeigen, wie beschädigte Arrays automatisch zusammengesetzt, Volumes entsperrt und Daten erfolgreich in der vertrauten Windows-, macOS- oder Linux-Umgebung mit Hetman RAID Recovery wiederhergestellt werden können.
Datenrettung von LVM RAID 5, 0 Arrays, die mit LUKS verschlüsselt sind
Merkmale von LVM-RAID und LUKS-Verschlüsselung
Die Grundlage des Festplattensubsystems in unserem Fall bildet die Technologie Logical Volume Manager bzw. kurz LVM in der Linux-Umgebung. Diese Technologie kombiniert physische Laufwerke und erstellt logische Volumes mit unterschiedlichen Architekturtypen, wie RAID 0 Stripe und RAID 5 Parity.
Das Hauptproblem besteht darin, dass die Konfiguration eines solchen Arrays direkt auf den Datenträgern selbst in Form von LVM-Metadaten gespeichert wird. Daher führt jeder Ausfall des Betriebssystems, eine Beschädigung der logischen Struktur oder ein physischer Defekt eines Laufwerks dazu, dass das Array vollständig auseinanderfällt. Das System erkennt die Datenträger als nicht zugeordnete Geräte, und der Zugriff auf die Daten wird sofort blockiert.
Die Situation wird erheblich komplizierter, wenn zusätzlich zu LVM-Arrays eine LUKS-Verschlüsselung eingesetzt wird. Wenn solche Datenträger an einen Computer mit Windows 11 angeschlossen werden, treten sofort Kompatibilitätsprobleme auf.
Das Betriebssystem von Microsoft erkennt die LVM-Architektur nicht, kann nicht mit LUKS-Algorithmen arbeiten und versteht Linux-Dateisysteme überhaupt nicht.
| Merkmal | LVM RAID 0 | LVM RAID 5 | LUKS-Verschlüsselung |
|---|---|---|---|
| Hauptzweck | Erhöhung der Lese- und Schreibgeschwindigkeit | Kombination von Leistung und Fehlertoleranz | Schutz der Daten durch Verschlüsselung |
| Funktionsprinzip | Daten werden ohne Redundanz auf mehrere Datenträger verteilt | Daten und Paritätsinformationen werden auf mehrere Datenträger verteilt | Die Daten auf dem Blockgerät werden verschlüsselt und sind nach dem Entsperren zugänglich |
| Mindestanzahl an Datenträgern | 2 | 3 | 1 Blockgerät oder Volume |
| Fehlertoleranz bei Datenträgerausfällen | Keine: Der Ausfall eines Datenträgers kann zum Verlust des gesamten Arrays führen | Toleriert in der Regel den Ausfall eines Datenträgers | Schützt nicht vor dem physischen Ausfall des Speichermediums |
| Besonderheiten der Wiederherstellung | Die Reihenfolge der Datenträger, die Stripe-Größe und die Position der Datenblöcke müssen ermittelt werden | Die Reihenfolge der Datenträger, die Datenverteilungsparameter und die Anordnung der Paritätsinformationen müssen ermittelt werden | Ein gültiges Passwort, ein Schlüssel oder eine andere konfigurierte Entsperrmethode ist erforderlich |
| Auswirkungen einer Beschädigung der Metadaten | Kann die Identifizierung der Array-Struktur und die Wiederherstellung von Dateien erschweren | Kann den Wiederaufbau des Arrays und die Ermittlung der Position der Paritätsinformationen erschweren | Eine Beschädigung des LUKS-Headers kann das reguläre Entsperren ohne eine Sicherungskopie des Headers unmöglich machen |
| Wiederherstellung ohne Verschlüsselungsschlüssel | Möglich, wenn die Daten nicht verschlüsselt sind oder bereits in entschlüsselter Form vorliegen | Möglich, wenn die Daten nicht verschlüsselt sind oder bereits in entschlüsselter Form vorliegen | Ohne ein gültiges Passwort, einen Schlüssel oder eine andere geeignete Authentifizierungsmethode ist die Wiederherstellung des Inhalts in der Regel unmöglich |
| Empfehlungen vor der Wiederherstellung | Sektor-für-Sektor-Abbilder der Datenträger erstellen und keine neuen Daten auf das Array schreiben | Den Zustand aller Datenträger prüfen und vor dem Wiederaufbau Abbilder erstellen | Den LUKS-Header und die Schlüsseldateien sichern und Sicherungskopien aufbewahren, ohne das Originalmedium zu verändern |
Hier kommt Hetman RAID Recovery ins Spiel. Das Programm findet automatisch die erforderlichen Metadaten und rekonstruiert beschädigte Arrays selbstständig. Anschließend akzeptiert die Software Ihr Passwort, um den LUKS-Schutz zu entfernen, und entschlüsselt die Dateistruktur sofort, wodurch der Weg zur vollständigen Datenwiederherstellung frei wird.
So verbinden Sie die Laufwerke mit einem PC
Der physische Anschluss der Datenträger vom problematischen Server an einen Computer sollte am besten über SATA-Ports auf dem Mainboard erfolgen, da dies maximale Geschwindigkeit und Stabilität bietet.
Die Verwendung externer USB-Dockingstationen ist ebenfalls eine akzeptable Option, ihre Übertragungsrate ist jedoch geringer, was die Scanzeit erhöhen kann.
Beim Anschließen sollten Sie alle Windows-Systemaufforderungen zum Formatieren oder Initialisieren der Datenträger ignorieren, da dies zu irreversiblen Datenverlusten führen kann.
Um Daten aus einem RAID 5-Array erfolgreich wiederherzustellen, reicht es aus, die erforderliche Mindestanzahl funktionsfähiger Laufwerke anzuschließen, während es bei einem RAID 0-Array wichtig ist, absolut alle Laufwerke anzuschließen, die Teil des Arrays waren.
In der Praxis ist es jedoch aufgrund fehlender freier Anschlüsse am Computer oft physisch unmöglich, alle Laufwerke gleichzeitig anzuschließen. In diesem Fall ist das Erstellen von Sektor-für-Sektor-Abbildern Standardpraxis bei Datenträgern, die Anzeichen eines Hardwarefehlers oder von fehlerhaften Sektoren aufweisen.
Ein Abbild ist eine exakte Byte-für-Byte-Kopie Ihres physischen Datenträgers, die als normale Datei auf einem anderen Speichermedium gespeichert wird. Mit Abbildern ist eine tiefgehende Datenanalyse ohne zusätzliche physische Belastung der Originallaufwerke möglich, wodurch das Risiko eines vollständigen Ausfalls während des Vorgangs erheblich minimiert wird.
Um ein solches Abbild zu erstellen, starten Sie das Programm, wählen Sie das erforderliche Laufwerk aus und klicken Sie oben im Bedienfeld auf die Schaltfläche Datenträger speichern.
Geben Sie anschließend den Speicherort für die Datei an.
Wichtig ist, dass die Größe des resultierenden Abbilds der Gesamtkapazität des Quelllaufwerks entspricht, unabhängig von der tatsächlich geschriebenen Datenmenge. Stellen Sie daher sicher, dass ausreichend freier Speicherplatz vorhanden ist.
Nach Abschluss des Speichervorgangs öffnen Sie das Hauptmenü und wählen Datenträger einbinden.
Wählen Sie aus den verfügbaren Optionen Rohdatenträgerabbilder aus und öffnen Sie die erstellten Dateien.
Sie werden sofort in der allgemeinen Liste der verfügbaren Geräte angezeigt, und das Programm kann ebenso effektiv mit ihnen arbeiten wie mit echten physischen Laufwerken.
Wiederherstellung von Daten aus mit LUKS verschlüsselten LVM-RAID-5- und RAID-0-Arrays
METHODE 1. Wiederherstellung von LVM RAID 5 mit LUKS
Datenwiederherstellung wird in kritischen Situationen erforderlich, etwa bei Hardwareausfällen des Servers: dem physischen Ausfall eines oder mehrerer Laufwerke, was zur Degradierung von RAID 5 oder zum vollständigen Verlust des Zugriffs auf RAID 0 führt. Dieser Vorgang ist auch dann erforderlich, wenn fehlerhafte Sektoren auftreten und das Lesen verschlüsselter Daten blockieren, oder bei schwerwiegenden Softwareproblemen, die zu LVM-Fehlfunktionen oder einer Beschädigung der Dateisystemstruktur geführt haben.
Nach dem Anschließen der Laufwerke oder dem Einbinden ihrer Abbilder starten Sie Hetman RAID Recovery. Das Dienstprogramm erkennt und rekonstruiert das softwarebasierte LVM RAID 5-Array automatisch.
Anhand des Testsystems zeigen wir den Aufbau des Arrays in einem degradierten Zustand mit einem fehlenden Datenträger, dank der Fähigkeit des Programms, fehlende Daten auf Grundlage von Paritätsblöcken zu berechnen. Dadurch wird der Zugriff auf die Daten auch dann möglich, wenn das physische Medium ausgefallen ist.
Da die zusammengesetzten logischen Volumes durch den LUKS-Algorithmus geschützt sind, müssen sie direkt im Datenträgermanager des Programms entsperrt werden. Die Demonstration des Entsperrens des Arrays durch Eingabe des Benutzerkennworts ermöglicht es dem Dienstprogramm, auf das Dateisystem ohne Tools von Drittanbietern zuzugreifen. Sie müssen das Passwort nur in das entsprechende Feld eingeben, und nach erfolgreicher Überprüfung entfernt das Dienstprogramm die kryptografische Barriere, sodass der Inhalt des Volumes für die weitere Analyse verfügbar wird.
Im letzten Schritt führen wir den Algorithmus Schnellscan auf dem bereits zusammengesetzten und entsperrten Volume aus.
Das Programm erkennt sofort die logische Struktur des Linux-Dateisystems und zeigt alle gefundenen Dateien an. Der Hauptvorteil dieses Schritts ist die vollständige Erhaltung der ursprünglichen Verzeichnisstruktur, wodurch sich alle erforderlichen Informationen sicher und bequem wiederherstellen lassen. Während des Scans analysiert das Dienstprogramm die Daten sorgfältig und stellt Dateisystemverknüpfungen wieder her, um die Integrität sicherzustellen.
Wenn alle erforderlichen Dateien gefunden wurden, wählen Sie sie aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Wiederherstellen, um den Speichervorgang zu starten. Wählen Sie dafür unbedingt ein anderes physisches Speichermedium, beispielsweise eine intakte Festplatte oder ein externes USB-Laufwerk, da das Speichern der Daten auf demselben wiederherzustellenden Datenträger strengstens untersagt ist, um ein dauerhaftes Überschreiben von Informationen zu vermeiden.
METHODE 2. Wiederherstellung von Dateien aus LVM RAID 0
Kommen wir zum zweiten Array unseres Testaufbaus. Es handelt sich um LVM RAID 0, auch bekannt als Stripe, aufgebaut aus zwei SSDs. Seine Hauptschwachstelle liegt in seiner Architektur, die keine Datenredundanz aufweist, sodass jeder Softwarefehler die Informationen auf beiden Datenträgern vollständig unzugänglich macht.
Das Programm Hetman RAID Recovery setzt dieses Array automatisch zu einem einzigen logischen Volume zusammen, anschließend entfernen wir den kryptografischen LUKS-Schutz mithilfe des Benutzerkennworts. Dadurch wird der Zugriff auf die interne Struktur des verschlüsselten Volumes geöffnet.
Wir starten den Scan des entsperrten RAID 0-Arrays. Das Programm erkennt nicht nur die aktuelle logische Struktur, sondern führt auch eine Tiefenanalyse durch, um Dateien zu finden, die der Benutzer zuvor versehentlich aus dem verschlüsselten Volume gelöscht hat, bevor der Systemausfall eingetreten ist. Diese Funktion ist entscheidend, da sie die Wiederherstellung wichtiger Informationen ermöglicht, die lange vor dem kritischen Laufwerksausfall als verloren galten.
Im letzten Schritt prüfen wir die gefundenen Informationen. Die Vorschaufunktion ermöglicht es, die Integrität von Dokumenten, Fotos und anderen Dateien direkt vor der Wiederherstellung visuell zu beurteilen.
Nachdem wir die Richtigkeit der gefundenen Daten bestätigt und die intakte Dateistruktur überprüft haben, wählen wir die benötigten verfügbaren Daten zusammen mit den erfolgreich wiederhergestellten gelöschten Dateien aus.
Der letzte Schritt besteht darin, einen sicheren Speicherort für die Daten auszuwählen, beispielsweise die lokale Festplatte eines Windows-11-Computers.
Wir erinnern daran, dass die wiederhergestellten Daten aus Sicherheitsgründen nicht auf die Quelllaufwerke des Arrays zurückgeschrieben werden sollten.
Fazit
Die Wiederherstellung von Daten aus mit LUKS verschlüsselten LVM RAID 5- und RAID 0-Arrays erfordert die korrekte Identifizierung der Speicherstruktur, die Reihenfolge ihrer Komponenten und den Zustand der Metadaten. Bei Festplattenbeschädigungen, dem Verlust der LVM-Konfiguration oder Problemen beim Zugriff auf das verschlüsselte Volume ist es wichtig, keine Vorgänge auszuführen, die Daten überschreiben oder die weitere Wiederherstellung erschweren könnten.
Vor dem Beginn wird empfohlen, sektorweise Abbilder aller verfügbaren Datenträger zu erstellen, den Zustand der Medien zu prüfen und Sicherungskopien der LUKS-Header zu speichern, sofern diese verfügbar sind. Der Zugriff auf verschlüsselte Informationen erfordert in der Regel das richtige Passwort, eine Schlüsseldatei oder einen anderen vorgesehenen Entsperrmechanismus. Nach der Wiederherstellung der RAID-Struktur und des Zugriffs auf die logischen Volumes können Sie mit der Suche nach und dem Extrahieren verlorener Dateien fortfahren.
Zur Vereinfachung dieses Prozesses können Sie spezialisierte Tools wie Hetman RAID Recovery verwenden, die beim Analysieren von Datenträgern, beim Rekonstruieren der RAID-Konfiguration und bei der Wiederherstellung zugänglicher Daten helfen. Das Ergebnis hängt jedoch vom Ausmaß der Array-Beschädigung, dem Zustand der Medien und der Möglichkeit ab, die Informationen zu entschlüsseln. Alle wiederhergestellten Dateien sollten auf einem separaten physischen Speichermedium gespeichert werden, um das Überschreiben noch wiederherstellbarer Daten zu vermeiden.
