USB Sticks

USB-Sticks – die transportablen Massenspeicher

USB-Sticks basieren wie auch Speicherkarten und SSD-Festplatten auf nichtflüchtigen NAND-Flash-Speicherzellen. Diese sind gemeinsam mit einem Controller, der für die gesamte Datenverwaltung und das USB-Schnittstellenprotokoll zuständig ist, in einem sehr kompakten Gehäuse untergebracht. Je nach eingesetzter Speichertechnik können die Flash-Speicher unterschiedliche Speicherdichten aufweisen (SLC/MLC, letztere in TLC/QLC aufgeteilt). Aufgrund der komplexen Lade-/Entlademanagementvorgänge sinken jedoch bei den hochdichten MLC-Speichern die Schreib-/Lesegeschwindigkeiten. Hier sollte man beim Kauf also auf die Daten achten, die Priorität beim späteren Einsatz haben.

Welche Größen gibt es bei USB-Sticks?

Inzwischen gibt es USB-Sticks heute in den Speichergrößen 4 GB, 8 GB, 16 GB, 32 GB, 64 GB, 128 GB, 256 GB, 512 GB, 1 TB, 2 TB und 4 TB. Zu den gängigsten Formen zählen aber typsicherweise der USB-Stick mit 32 GB, der USB-Stick mit 64 GB und der USB-Stick mit 128 GB. Damit sind auch große Datenmengen einfach und in kompakter Größe transportabel. Dabei gehören bspw. SanDisk USB-Sticks oder Intenso USB-Sticks wohl neben Kingston oder Corsair zu den bekanntesten Marken.

Die Schnittstelle

USB-Sticks werden heute mit Schnittstellen der USB-Spezifikation USB 2.0, USB 3.0, USB 3.1 sowie USB 3.2 eingesetzt.

Im Jahr 2000 wurde der USB-Standard USB 2.0 eingeführt. Hier beträgt die Datenübertragungsgeschwindigkeit bis zu 480 Mbit/s. Daten können zur gleichen Zeit nur in eine Richtung übertragen werden.

Im Jahr 2008 erschien USB 3.0 mit einer Datenübertragungsrate von 4,8 Gbit/s bei gleichzeitig möglicher Datenübertragung in beide Richtungen. Außerdem darf ein USB-Host statt der 500 mA bei USB 2.0 bei USB 3.0 bis zu 900 mA abgeben. Einen USB 3.0-Speicher erkennt man üblicherweise an einem blauen Steckverbinder-Inlay, während der USB 2.0-Stecker schwarz oder weiß ist.

Die Weiterentwicklung von USB 3.0 wurde mit USB 3.1 Gen1 (heute als USB 3.2 Gen 1x1 bekannt) bezeichnet. Hier beträgt die Datentransfergeschwindigkeit bis 5 Gbit/s. Zudem finden sich bei dieser Schnittstellenversion erstmals neben den bisher bekannten USB-A-Steckverbindern auch die Steckverbinder/Schnittstellen USB-C und microUSB. Insbesondere USB-C findet heute zunehmend Verwendung.

Die Spezifikation USB 3.1 Gen2 (heute: USB 3.2 Gen2x1) transportiert bis zu 10 Gbit/s, während die Spezifikation USB 3.2 Gen2x2 eine Datentransferrate bis 20 Gbit/s erreicht. Derartige Werte kommen aber nicht annähernd an die erwartete Spezifikation USB 4.0 heran. Diese erreicht sogar eine Datentransferrate bis zu 40 Gbit/s.

Die Schnittstellen USB 3.0 und USB 3.1 sind abwärtskompatibel zu USB 2.0. Über eine USB 2.0-Schnittstelle wird jedoch nur deren maximale Datentransfergeschwindigkeit von 480 Mbit/s erreicht.

Datensicherheit von USB-Sticks

So einfach der Umgang mit dieser Form der Speichermedien auch ist, so muss man doch deren Lebenserwartung beachten. Prinzipbedingt fallen bereits bei der Produktion und später im Betrieb nach und nach Speicherzellen aus. Das interne Speichermanagement gleicht diese Verluste durch Fehlerkorrekturalgorithmen aus. Je nach Technologie sind 3000 bis 1 Million Schreib-Lese-Zyklen möglich.

Fallen zu viele der Speicherzellen bzw. ganze Bitreihen aus, werden Speicherblöcke komplett als Defektblöcke gesperrt. Sammeln sich zu viele Defektblöcke an, wird der Speicher unbrauchbar. Mit entsprechender Echtzeit-Überwachungssoftware wie S.M.A.R.T. können diese Vorgänge überwacht werden. So kann die Software rechtzeitig vor baldigem Ausfall warnen. Derartige Software sollte man vor allem im professionellen Bereich einsetzen, um keine unerwarteten Datenverluste (die verlorenen Daten sind nicht wiederherstellbar) zu erleiden. Wie für Festplatten gibt es auch hier Rescue-Software, mit deren Hilfe noch vorhandene Daten zumindest teilweise ausgelesen werden können.

Eine deutliche Steigerung der möglichen Anzahl der Schreib-Lese-Zyklen ist mit als „Industrial” gekennzeichneten USB-Speichersticks verfügbar. Durch noch ausgefeiltere Fehlerkorrekturmaßnahmen, eine ständige Zustandsüberwachung und vor allem durch Techniken wie das Wear-Leveling, die eine gleichmäßige Speicherauslastung über den gesamten Speicher gewährleistet, erreichen solche Speicher bis zu 3000 Programmier-/Löschzyklen (P/E). Demgegenüber erzielen normale Speicher üblicherweise nur bis zu 300 P/E-Zyklen.

P/E-Zyklen sind vollständige Programmier-/Löschzyklen des Gesamtspeichers, nicht zu verwechseln mit der Anzahl an insgesamt erreichbaren Schreib-/Lesezyklen der Teilbereiche. Dazu kommen bei Industrial-Sticks weitere Fehlerkorrekturalgorithmen wie die beim Ausfall der Stromversorgung ohne vorheriges „Auswerfen” (Power Failure Management) und erhöhte Anforderungen an mechanische und klimatische Stabilität des gesamten Gerätes „USB-Stick”.

Sensible Daten kann man mit verschiedenen Techniken schützen. Dabei ist sowohl der Schutz einzelner Bereiche des Speichers als auch des gesamten Speichers möglich. Auch ein Nur-Lesen-Zugriff ist realisierbar, um Daten vor dem Löschen, Überschreiben oder Manipulieren bewahren zu können und um somit den USB-Stick schreibgeschützt zu machen.

Kundenspezifische Datenträger können mit speziellen Produktidentifikations- oder Seriennummern oder Bindung an bestimmte Hardware versehen werden. Eine Variante für den Zugriffsschutz ist ein integrierter Fingerabdruckscanner, der Daten nur freigibt, wenn der abgespeicherte Fingerabdruck eingegeben wird.

Eine andere Variante ist die integrierte Passwortabfrage. Dabei ist meist keine Software auf einem Rechner notwendig – der USB-Speicherstick fragt nach dem Anstecken an den Rechner selbständig nach dem Passwort.

Derartige Sicherheitszugänge sind nahezu immer mit einer aufwändigen 128-Bit-AES-Datenverschlüsselung kombiniert, sodass auch eine Umgehung des eigentlichen Zugangs nicht ohne Weiteres zum Datenzugriff führt.