# Le stockage des données de recherche

Violaine Louvet

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Violaine Louvet. Le stockage des données de recherche. Printemps de la Donnée 2024, INRAE; Université Haute-Alsace; Université de Strasbourg; INSA; PNDB; AgroParisTech; Université de Lille; Sorbonne Université; Data Terra, Jun 2024, Grenoble, France. hal-04682216

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Submitted on 30 Aug 2024

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CELLULE DATA
GRENOBLE ALPES

# Le stockage des données de recherche

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Violaine Louvet, CNRS, Laboratoire Jean Kuntzmann

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* **Stockage** = enregistrement d'une information sur un support physique

* Ce support physique peut avoir des **caractéristiques très variées** :

* En fonction du **matériel utilisé**

* Par exemple, quand vous achetez un portable vous pouvez choisir un disque SSD ou SATA.

* En fonction de la **technologie utilisée** pour accéder à ce support physique

* Par exemple, vous ne pouvez pas ouvrir sous Windows un disque dur qui a été formaté sous Linux car les technologies utilisées pour organiser le stockage ne sont pas les mêmes.
* Rappel : **stockage** = enregistrement d'une information sur un support physique

* **Sauvegarde** = dupliquer des données pour les mettre en sécurité sur des **supports de stockage différents**

* Recopie des données à l'**identique**

* Sur des supports différents et localisés en général dans des **endroits différents**

* Par exemple : je fais régulièrement des copies des fichiers de mon portable sur un DD externe

* Objectif : pouvoir facilement **récupérer des données** en cas de perte ou de mauvaise manipulation

* Attention : ne permet que de récupérer les données à la date de la dernière sauvegarde !
* **Archivage** = ensemble d'actions qui a pour but de garantir l'accessibilité sur le long terme d'informations (dossiers, documents, données) que l'on doit ou souhaite conserver pour des raisons juridiques, historiques ou culturelles. Il comprend à la fois des règles (procédures), des compétences et des infrastructures. (wikipedia)

* Dans notre cas : archivage à **long terme de données numériques**

* Donc **ce n'est pas seulement** du stockage sur une longue durée !

* Nécessité :

* D'assurer la **pérennisation des supports** de stockage sur du long terme

* D'assurer l'**accès au contenu** même quand les formats des données deviennent obsolètes

* D'assurer l'**intégrité** des données

* Cadre **juridique propre**

* En France : **un seul opérateur** pour l'archivage des données de l'ESR : le CINES (Centre Informatique National de l'Enseignement Supérieur)
* Différentiées par les **usages**, et la/les **phases du cycle de vie** des données :

* **Plateforme de stockage** : infrastructure proposant un stockage des données, avec des fonctionnalités de gestion des accès et éventuellement de sauvegarde intégrée

* **Plateforme d'archivage** : infrastructure qui intègre dans son fonctionnement tout le processus nécessaire à l'archivage des données

* **Entrepôt de données, plateforme de diffusion** : Réservoir de données de recherche, brutes ou dérivées, qui peuvent être retrouvées et réutilisées grâce à une description par des métadonnées. Un identifiant pérenne ou numéro d'accès est attribué à chaque jeu de données. Il peut être disciplinaire ou thématique, être institutionnel ou centralisé.

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# Données chaudes, données froides

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* **Données froides** : très peu utilisées et donc très peu accédées.

* Un carton de photos anciennes dans un grenier : on sait qu'il est là mais on ne va pas l'ouvrir tous les jours. Par contre, on a envie de pouvoir sortir une photo lors d'une occasion particulière

* En général, on peut se permettre des temps d'accès un peu long sur ces données

* Un DD sur lequel on a stocké des données d'un vieux projet

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* **Données chaudes** : actives, accédées souvent voir de façon très intensive

* Par exemple, des données issues d'une expérimentation en cours et que l'on doit analyser

* Dans ce cas, on souhaite que les traitements soient rapides et donc que les temps d'accès aux données soient performants

* Il existe des espaces de stockage spécifiques pour les traitements intensifs de données permettant de faire des calculs efficacement

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* $1 \text{ Po} = 1 \text{ 000 To} ; 1 \text{ To} = 1 \text{ 000 Go} ; 1 \text{ Go} = 1 \text{ 000 Mo}$

* Capacité DD externe « moyen » : 2 To

* Plateforme de stockage de site : quelques Po

* Fichier texte < fichier bureautique ~ fichier audio ~ fichier image < fichier vidéo

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* On peut commencer à parler de gros volumes à partir de **quelques To à quelques dizaines de To** : en fait à partir du moment où le temps de transfert ou le temps de chargement devient prohibitif

* Conséquences d'une **volume important** :

* Problématique du transfert des données

* Problématique du chargement en mémoire pour traitement / analyse / calcul

* Problématique de la capacité de stockage nécessaire et de son coût

* Problématique de la politique de sauvegarde ...

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## Le coût financier

* Le stockage a un coût qu'il ne faut pas négliger

* Par sa nature, contrairement au calcul par exemple, le stockage n'est pas vraiment mutualisable

* On peut optimiser en partageant une plateforme et les coûts humains associés

* Plus un stockage est performant (on accède rapidement aux données), plus il est cher

* Exemple de coût :

* DD externe 2 To : 35 à 70 € environ

* 1 To sur la plateforme Summer : de 25 € à 80€ annuel en fonction du type de stockage

* 1 To sur la plateforme Microsoft Azur (équivalent Summer sur technologie NetApp) : de 165 à 442 € environ par mois en fonction du type de stockage (cf https://azure.microsoft.com/fr-fr/pricing/details/netapp/)

## Le coût humain

* Le stockage personnel n'est pas scalable et peu sécurisé

* L'exploitation d'une plateforme de stockage à grande échelle, sécurisée et pérenne nécessite des compétences techniques de pointe qu'il est important de mutualiser

## Le coût environnemental

* Le stockage, et encore plus l'archivage a un coût environnemental non négligeable

* Exemple : pour la plateforme Bettik à l'UGA (stockage performant pour le calcul) : 1 Go.an émet 12 g CO2e - en 2019 : 1.4 Po.an → 17 t CO2e
* Mes données sont sur un DD externe

➤ Je branche le DD et j'accède en direct sur mon portable → le système d'exploitation reconnaît et « monte » mon DD comme celui qui est interne

➤ Je maîtrise complètement le stockage

➤ Je ne peux pas partager mes données

➤ Stockage non scalable, peu sécurisé

* Mes données sont sur un cloud

➤ J'accède à mes données via un navigateur internet ou un client cloud que j'installe sur mon portable

➤ Je peux aussi accéder à des données sur le cloud via une url qu'on m'a envoyée

➤ Je ne sais pas où sont mes données la plupart du temps sauf si j'utilise un cloud académique. Il est aussi parfois difficile de savoir qui a les droits d'accès

➤ Je peux partager mes données

➤ Stockage peu scalable, sécurisé si plateforme académique
* Mes données sont sur une plateforme de stockage

* J'accède à mes données : soit via un montage réseau (VPN souvent nécessaire pour assurer la sécurité), soit via un protocole d'accès distant (comme scp par exemple)

* La plateforme peut aussi proposer un accès par le web

* Si j'utilise une plateforme académique, je sais où sont les données et qui les gèrent. J'ai la maîtrise de la gestion des droits d'accès mais cela peut nécessiter un savoir-faire technique. Je peux partager mes données.

* Stockage hautement scalable et sécurisé

* Mes données sont sur une plateforme de stockage associée à une infrastructure de calcul académique

* J'accède à mes données à travers mon utilisation de l'infrastructure de calcul

* Je sais où sont mes données et j'ai la maîtrise des accès. Je peux partager mes données.

* Stockage scalable, non ou peu sécurisé
* **PPST : Protection du Potentiel Scientifique et Technique**

* risque autour de l'intelligence économique

* risque terroriste

* risque lié à la prolifération des armes de destruction massive

* risque lié à la défense et l'armement

* **GAFAM = essentiellement des services gratuits. L'utilisateur est le produit**

* Pas de cession de droits sur les données mais elles sont exploitées (ciblage publicitaire, statistiques ...) → perte de la maîtrise sur ces données, il est impossible de savoir exactement à quoi elles vont servir.

* Par exemple, utilisation de gmail → Google scanne tous ces mails en particulier à des fins de ciblages publicitaires (mais pas que)
* US, Russie, Chine : **directives extra-territoriales**, cad textes qui s'appliquent même en dehors de leur territoire propre.

➤ **Patriot Act** (2001) : permet aux services de sécurité américains d'accéder et d'analyser toutes les données issues de toutes les entreprises sans autorisation préalable et sans en informer les utilisateurs.

➤ **Cloud Act** (Clarifying Lawful Overseas Use of Data Act – 2018) : permet au gouvernement américain d'obliger les prestataires de service à divulguer les données personnelles de leurs utilisateurs, dès lors que les autorités américaines (police, justice et administration) le leur demandent.

➤ → géants du Web comme Microsoft, Google, Facebook ... **ne peuvent garantir** à leurs utilisateurs la confidentialité de leurs données personnelles, même si ces dernières sont stockées en Europe.

* **Privacy shield** (2016) : réglemente le transfert de données entre l'UE et les USA.

➤ **invalidée en juillet 2020** par la cour de justice de l'UE en raison des pratiques de surveillance de masse en vigueur aux USA
* Attention à l'utilisation de cloud commerciaux, en particulier hors Europe

➤ Vigilance vis à vis des problématiques d'intelligence économique

➤ Vigilance vis à vis des données personnelles (sociétés de e-commerce, assureurs, ... exploitent les données personnelles).

* En particulier, sur les **questions RGPD**, et en raison des réglementations décrites ci-dessus, le chercheur se met dans ce cas dans l'illégalité.

➤ Réglementation RGPD : règles très précises sur la sous-traitance du stockage : **pas de transfert en dehors de l'UE** sauf garanties contractuelles et vérifiables.

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* Depuis juillet 2020, directives concernant l'ESR et les EPST

* utilisation d'un cloud privé éventuellement possible mais :

* qualification **SecNumCloud** de l'ANSSI

* Ou se baser sur le **guide externalisation de l'ANSSI** : exploitation par des équipes européennes, conformité PSSIE (dont hébergement sur le territoire national), RGPD ...

* Dans le cas des **IRR / ZRR** : usage des clouds privés strictement interdit.

* Relève du pénal en cas d'infraction

* **Solutions alternatives** :

* solutions académiques

* opérateurs privés mais coûteux : nécessité d'appels d'offre et de marchés publics. Bien inclure des clauses de sécurité dans ce cas.

* Dans le cas de solution comme AWS : règlement par **carte achat ou par CB personnelle**.

* responsabilité du porteur de la carte achat engagée, ainsi que celle du chercheur : usage illégal de la carte achat et transgression de la réglementation PPST.

* Si aucune solution ne peut être trouvée, remonter aux **RSSI des établissements** concernés.
## L'organisation des données

* Être en capacité de retrouver facilement et rapidement n'importe quel contenu : Findable / Accessible

## Les formats de fichiers utilisés

* Être en mesure d'ouvrir ses fichiers même si on change de système ou plusieurs années après : Accessible / Interopérable

## Le nommage des fichiers

* Être capable d'identifier rapidement le contenu d'un fichier : Interopérable / Reusable

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## Organisation hiérarchique

* Mettre en place une **arborescence** à base de répertoires et sous-répertoires en regroupant les données logiquement

* Ne pas hésiter à mettre un fichier **Readme** dans chaque répertoire pour expliquer le type de données qui s'y trouvent

* Éviter une **trop grande profondeur**

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* De façon à ce qu'on en **identifie directement** le contenu. Par exemple pour les données d'un projet de recherche :

* Nom ou acronyme du projet (identifiant unique)

* Nom ou initiales du chercheur

* Date de la constitution des données

* Type de données

* Conditions de collecte

* Et toujours construit de la **même manière**

* Les informations dans le même ordre, la plus importante en premier

* Penser qu'on peut vouloir traiter automatiquement les fichiers (scripts, codes)

* Documenter la construction des noms des répertoires et fichiers
* Ne pas répéter les informations déjà contenues dans les noms de répertoire

* Des **noms les plus courts** possibles

* Utiliser la **langue la plus adaptée** à l'équipe de recherche

* Pas d'espace ni de caractère spécial (y compris éviter les accents, cédille ...) : utiliser des majuscules pour séparer les mots ou des « _ » (underscore)

* Dates au format **AAAMMJJ** (facilite l'affichage par ordre chronologique)

* Chiffres à écrire avec le nombre de **caractères significatifs** :

* Pour une séquence de 1 à 10 : 01-10

* Pour une séquence de 1 à 100 : 001-100

NomProjet/NomExperience/Data/20180524_Temperature_s29.csv

→ collecte de données de température issues du capteur 29 le 24 mai 2018 dans le cadre de l'expérience « NomExpérience » du projet « NomProjet »
* **Format** = manière dont les données sont structurées, organisées et encodées sur le support physique. Mode de représentation et de stockage des données.

* En général, défini par **l'extension** dans le nom du fichier

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* Être capable d'ouvrir les fichiers sur un **maximum de types de système** avec un maximum de logiciels

> Qui n'a pas été confronté au problème de l'ouverture d'un fichier envoyé par un collègue ?

* Être capable de le faire **maintenant et dans 5 ans**

> Qui n'a pas été confronté à une version de format de fichier qui n'est plus supportée par le logiciel ?

* Pouvoir **partager** ses données au sein de son équipe de recherche ou de façon plus large

* Pouvoir traiter et analyser les données grâce à **différents logiciels**, être capable de croiser des données de différentes sources, et donc différents fichiers, éventuellement avec des formats distincts

> Assurer **l'interopérabilité** des données
* **Format ouvert** = mode de représentation (spécifications techniques) rendu public par son auteur et aucune entrave légale ne s'oppose à sa libre utilisation (droit d'auteur, brevet, copyright).

* **Standard ouvert** = format ouvert ou libre qui a été approuvé par une organisation internationale de standardisation.

Plusieurs organisations de standardisation acceptent certaines formes de limitations à la diffusion de leurs standards : un standard ouvert peut par conséquent être basé sur un format ouvert mais non libre.

* **Format propriétaire ou fermé** = format de données dont les **spécifications** sont contrôlées par des intérêts privés. Souvent l'objet d'un brevet.

Spécifications non connues, auquel cas il est difficile de développer des logiciels qui puissent lire ou écrire ce type de format, ou spécifications diffusées, mais des restrictions légales associées à son utilisation existent, et son évolution reste contrôlée par son propriétaire.

Dépendant du logiciel développé par l'entreprise.

> Les données ont de la valeur : ne pas se faire piéger par un format fermé qui contraindra la liberté de choix quant aux programmes, libres comme propriétaires, qu'on voudra utiliser.
* **Règle 1** : utiliser des **formats ouverts**

* **Règle 1bis** : utiliser des **formats ouverts**

* **Règle 2** : utiliser les formats **les plus fréquents** dans votre communauté

* Beaucoup de **liste de formats ouverts** sur le web

* Par exemple https://doranum.fr/stockage-archivage/quiz-format-ouvert-ou-ferme/

* Un site intéressant : https://facile.cines.fr/

* outil qui permet de vérifier si un fichier est **valide et bien formé** par rapport au format déclaré, et donc de savoir s'il est éligible à l'archivage proposé par le CINES.
    **Les thèses par exemple sont vérifiées par cet outil**
* Certains documents peuvent être amenés à évoluer, à avoir plusieurs versions avant une version finale, définitive.

* Deux solutions :

* préciser la version dans le **nom du fichier**

* Utiliser un **gestionnaire de version** (important quand plusieurs personnes sont susceptibles de modifier les fichiers)

* Pourquoi ?

* Pouvoir rétablir une **version antérieure** en cas d'erreur

* Pouvoir accéder à l'**historique des modifications** et donc de la vie du fichier

* Pouvoir identifier les **auteurs des modifications** (utilisation d'un gestionnaire de version)

* Eviter de travailler sur une **version périmée** du fichier
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* La version la plus à jour est-elle Rapport.doc ou Rapport_VFinale.doc ?

* Les versions n'apparaissent pas dans l'ordre (1.1, 1, 2)

* La version 2-jd vient elle avant ou après la version 2 ?

Source : https://perso.liris.cnrs.fr/pierre-antoine.champin/enseignement/intro-git/

* La gestion des versions est un travail fastidieux et méthodique.

* Les humains ne sont pas doués pour les travaux fastidieux et méthodiques.

* Laissons cela à l'ordinateur ...

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Fichiers texte : fichiers markdown, fichiers source, fichiers latex, ...

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Fichiers images, pdf, exécutables, ...
* Initialement dédiés à la **gestion de code source** pour les projets logiciels mais également :

* Documentation

* site web (wiki, git pages)

* travail collaboratif : facilité d'échange, traçabilité, gestion des conflits

* **Principe** : consiste à conserver/maintenir toutes les versions d'un ensemble de fichiers.

* Deux fonctions principales :

* permet le **travail simultané de plusieurs personnes** sur un ensemble de fichiers :

* ✓ synchronisation des modifications, fusion automatique des fichiers,

* ✓ détection et résolution (plus ou moins automatique ...) des conflits,

* une gestion de l'**historique du projet** :

* ✓ accès à n'importe quelle version archivée,

* ✓ information sur qui a fait une modification, quand, où, pourquoi ...

* ✓ notifications automatiques aux participants

* Pour aller plus loin :

* https://pole-calcul-formation.gricad-pages.univ-grenoble-alpes.fr/ced/

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1 - Pour soi

2 - Pour ses collègues

3 - Pour tous

**Intérêt :**

* Comprendre ou retrouver l'origine des données et leur contexte de création ou de collecte

* Comprendre ou retrouver le contenu des données

* Les présenter, les réutiliser (pour soi)

* Permettre leur réutilisation et leur reproduction (pour les autres) : préciser les conditions de réutilisation et de partage de vos données

4 - Pour les « machines » (moissonnage, interopérabilité)
**Métadonnées** == une donnée servant à définir ou décrire une autre donnée

* Les **métadonnées embarquées** (création automatique par les équipements, comme les appareils photos) : données GPS, date, calibrage, etc.

* Les **métadonnées ajoutées par l'auteur** : auteur, titre, description, mots-clés, laboratoire ou organisme, licence, etc.

* Les plus **importantes** :

* Auteur (responsable des données) : identifiant (ORCID/affiliation)

* Titre

* Description/résumé

* Mots-clés

* Date

* Type

* Format

* Licence d'usage

* Identifiants uniques (de type doi)
Nos données sont des **éléments précieux** de notre vie professionnelle et personnelle.

* Quelles sont vos données les plus critiques ?

* Quels évènements redoutez-vous le plus ?

Perte, destruction de données

Vol de données

Autre ?

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Les questions à se poser :

* Que se passe-t-il si je perds cette donnée / information / fichier / dossier ?

* Quelles conséquences, quels impacts, quels préjudices ?

* Pour moi ? Pour mon équipe ? Mon unité ? Mon employeur ? L'État ?

* Que se passe-t-il si cette donnée / information / fichier / dossier fuite et se retrouve dans les mains d'autrui ?

(Collègues, partenaires, presse, grand public, concurrents, ...)

* Quelles conséquences, quels impacts, quels préjudices ?

* Pour moi ? Pour mon équipe ? Mon unité ? Mon employeur ? L'État ?
Plusieurs façons de perdre ses données :

* **Problème matériel** : un disque externe abîmé, une clé USB détériorée, un portable qui ne démarre plus, un mot de passe oublié, une coupure de courant sur un serveur ...

* **Problème sur les fichiers** : format obsolète, logiciel pour ouvrir ce type de fichier défaillant, ...

* **Problème sur la maîtrise du contenu** : fichiers non documentés, données incompréhensibles car non explicites ...

* **Problème de vol matériel ou virtuel**

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* **Sécurisation matérielle interne :**

* Au niveau d'un **serveur de stockage** : techniques permettant de répartir les données sur plusieurs disques d'un même serveur afin d'améliorer la tolérance aux pannes lorsqu'un des disques a un problème

* Au niveau d'une **plateforme de stockage** : les fonctionnalités d'une plateforme de stockage constituée de plusieurs serveurs peuvent intégrer des sauvegardes ou des synchronisations permettant de sécuriser les données stockées lorsque l'un des serveurs a un problème ou devient inaccessible.

* **Sécurisation via l'utilisateur :**

* règle de la sauvegarde 3-2-1 (3 copies sur 2 supports différents, avec au moins 1 une copie à distance), sauvegarde quotidienne

* Sécuriser son poste de travail (chiffrement, mises à jour, protection adaptée ...)

* Eviter d'oublier son ordi dans le train ...
* **Mots de passe :**

* Personnel, robuste

* Ne pas laisser son ordinateur avec une session ouverte

* **Gestion des droits d'accès :**

* toutes les solutions de stockage offrent une gestion des droits d'accès des utilisateurs plus ou moins fine, plus ou moins sécurisée.

* Depuis un accès ouvert via une url pour un stockage de document sur le cloud jusqu'à la gestion de droits unix pour des espaces de stockages associés à des machines de calcul par exemple

* Cette gestion peut nécessiter une **certaine maîtrise technique**

* **Partage des données :**

* Se poser les bonnes questions : qui doit pouvoir accéder à quelles données et avec quels droits (lecture, écriture, lecture-écriture ?)

* Mettre en œuvre les droits minimaux, surtout si les données sont sensibles !
* **Intégrité :**

* Pouvoir s'assurer que les fichiers de données n'ont pas été modifiés ou altérés

* Lors de leur stockage, d'un traitement ou d'une copie par exemple

* **Mécanismes de contrôle de l'intégrité**

* Utilisation de **fonction de hachage** qui convertit une valeur numérique en entrée en une valeur numérique de taille fixe en sortie

* Déterministe et à sens unique : on ne peut pas retrouver le contenu original

* Le hash correspond à l'empreinte digitale d'un fichier

* Elle est unique

* Exemple : calcul de la valeur de la fonction de hachage sur un fichier avant sa copie et après sa copie permet de s'assurer qu'on a exactement le même fichier

* Utilisation de fonctions **SHA-256 ou supérieur** (MD5 et SHA1 obsolètes).

* Exemple d'outil : Hashdeep (disponible sur tous les systèmes, http://md5deep.sourceforge.net/start-hashdeep.html)
* **Chiffrement** : procédé de cryptographie grâce auquel on souhaite rendre la compréhension d'un document impossible à toute personne qui n'a pas la clé de chiffrement.

* Pour **augmenter la sécurisation des accès** aux données, il est possible de chiffrer tout un disque, des répertoires ou des fichiers. Ils ne seront alors lisible qu'avec la clé de déchiffrement.

* Attention à ne pas perdre la **clé de déchiffrement** car il serait alors impossible de récupérer les données !

* Certaines tutelles exigent le chiffrement des **postes utilisateurs** (ordinateurs portables mais aussi tablettes et smartphones professionnels)

* Exemple d'outil : 7-ZIP (voir https://www.cnil.fr/fr/comment-chiffrer-ses-documents-et-ses-repertoires)

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* Utiliser un / des **stockages adaptés à vos besoins**

* Sauvegarder régulièrement !

* Eviter les services **non académiques** pour vos données professionnelles

* Prendre le temps de mettre en place une **organisation de ses données** en adéquation avec le contexte et les besoins

- Et bien **décrire** ses données !

* **Anticiper** les questions de stockage / sauvegarde / partage en amont des projets

- Le **plan de gestion des données** est là pour vous aider !