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【技術視界】第13期:希捷硬盤修復P表實現數據恢復的電子取證方法研究

瀏覽量: 次 發布日期:2023-08-23 22:56:01

【技術視界】第13期:希捷硬盤修復P表實現數據恢復的電子取證方法研究
編者按

       本期,數據恢復四川省重點實驗室科研人員介紹一種關于希捷硬盤通過修改P表錯誤缺陷記錄實現數據恢復的方法,這種技術雖然增加了對P表的條目編輯修改校驗流程,但在數據恢復的整體流程中,減少了恢復時間、增加了成功率,可助力一線取證人員快速調取希捷硬盤的重要線索。

       希捷(Seagate Technology Cor)成立于1979年,是目前全球最大的硬盤、磁盤和讀寫磁頭制造商,總部位于美國加州司各特谷市。希捷在設計、制造和銷售硬盤領域居全球領先地位,提供用于企業、臺式電腦、移動設備和消費電子的產品。 2016年2月中國的硬盤市場上,希捷以50.12%的市場關注比例領跑品牌榜(圖1),在十大熱門產品中,希捷占有六個位置。


圖1:希捷硬盤品牌關注度位居第一(圖片來源于網絡)】

       在電子取證過程中,一線取證人員很可能會遇到希捷硬盤無法訪問數據的情況,這一情況往往是因為希捷硬盤譯碼表出現了故障,導致無法訪問希捷硬盤數據區的問題,影響案件的偵破速度。針對這一問題,研究一種專業技術快速有效解決希捷P表缺陷錯誤導致無法訪問數據區的問題,對于電子取證非常重要。


        對于此,數據恢復四川省重點實驗室科研人員深入研究,探索出一種新方法,接下來文章通過基礎概念普及引出這種新方法的使用方法。


認識希捷硬盤結構

       希捷硬盤主要由電路板、盤片、磁頭三部分構成。電路板上的主要引導信息記錄在非失易性存儲上,“非失易性”是指斷電后仍能保存數據,而非失易性存儲其實就是指電路板(PCB,Printed Circuit Board)上8位串行存取的Flash ROM芯片。這些數據非常重要,在希捷硬盤的ROM中存儲了該硬盤的磁頭數量、固件區起始地址、讀寫適配參數、容量適配參數、伺服適配參數等重要信息,它位于硬盤電路板上。 

       希捷硬盤的適配參數重要信息除了存儲在ROM中(見圖2),在磁盤固件區也存放了它的備份。當然,希捷硬盤的固件主要存儲在硬盤盤片上。


【圖2  紅色方框為希捷Barracuda和Desktop HDD的ROM芯片】


認識希捷硬盤的缺陷表

       缺陷列表實際上是登記硬盤上存在缺陷的區域位置和大小的一張表。在硬盤管理系統中,它通常是一個文本文件。用戶可以用專業編輯軟件對它進行修改。通過該文件,我們可以了解硬盤上哪些區域存在缺陷,缺陷區域的大小。在硬盤低級格式化過程完成后,硬盤管理系統會根據缺陷列表的內容,自動將存在缺陷的區域作出特殊標記,避免數據讀寫錯誤。

1、P表

       P表又稱為永久缺陷列表,用于記錄硬盤生產過程中產生的缺陷。廠家使用專門的測試設備發現的缺陷是磁介質壽命完成之后產生的永久缺陷,只能使用特別的設備來增加它,一般沒有必要去動它。具體介紹可參見《技術實戰》欄目“硬盤開盤第3期”的概念介紹。

        加入P表不會影響硬盤的讀寫性能,這要從硬盤的扇區結構進行分析。因為硬盤的全部扇區可以劃分為固件區、工作區和保留扇區,其中固件區和保留扇區普通用戶無法直接進行操作。

       其實硬盤的實際扇區數比我們看到的硬盤標簽上標定的要大,其中一部份用于存儲硬盤的固件;一部分是用戶存儲數據的區域,即工作區,也就是硬盤標定容量的扇區;剩下的就是保留區,實際上硬盤上并不會物理結構上劃出一個保留區域,只是在工廠生產時標定了全部的有效扇區,而硬盤的容量是小于其實際扇區總數的,在固件里定義了硬盤的容量,超過硬盤容量的那些扇區我們就稱為保留扇區,如圖3所示。


【圖3 硬盤扇區結構】

       缺陷扇區被加入P表后,硬盤不會再讀寫該扇區,而是將原讀寫該扇區的操作順延到讀寫壞扇區的下一個扇區,該扇區以后的所有扇區的LBA值都發生了改變,原來保留扇區的一個扇區成為了硬盤的LBAmax,如圖4所示。所以壞道被加入P表后,硬盤需要進行一次廠家低格。


【圖4 缺陷加入P表后的扇區結構】

2、G表

       G表又稱為增長缺陷列表,用于記錄硬盤使用過程中由于磁介質性能變弱而引起的缺陷。這些缺陷可以在格式化的過程中發現,也可以由固件自動格式過程或者REASSIGN BLOCK命令做重新分配的過程中發現。

        缺陷扇區被加入G表后,當硬盤需要讀該扇區時,會被重定位到保留扇區中的一個扇區,硬盤工作區的其它扇區不會受影響,如圖5所示。


【圖5 缺陷加入G表后的扇區結構】

       由于保留扇區在硬盤的內道,讀寫速度慢,同時由于該扇區會導致硬盤的數據存儲從物理上來說不連續了,當磁頭讀取該扇區的數據時需要移動較遠的距離,代替壞扇區后,該LBA的讀寫速度會慢一些,所以我們說缺陷扇區加入G表后會影響硬盤的讀寫速度。


希捷硬盤P表的結構

       希捷硬盤的P表,我們也俗稱為原始的主要缺陷表。硬盤在出廠時,就已經將有缺陷的位置記錄在了這個原始的列表里面。下面我們來看一看:

1、P表的結構

       希捷硬盤,每個家族和代數不一樣,它們的P表數據體偏移位置也不一樣。

        主要有11代 、12代和其他特殊代數的硬盤。

        其中以12代為例:數據體偏移位置為0x19400 、0x4C800 、0xCA00 這幾個偏移地址。


【圖6 第二個紅色框為P表條目數】

        圖6中第二個紅色方框,就是P表條目數。條目數的位置一般存在4字節偏移,也有2字節偏移記錄P表缺陷條目數的。

2、數據體中的P表的條目解析


圖7 藍色選中部分就是P表一個缺陷條目的內容】

      圖7中藍色選中部分就是P表一個缺陷條目的內容:條目的頭部2字節,0x05BB 表示邏輯柱面,條目的最后一個字節是條目的標識符,0x80、0x88表示該條目屬于正常常規缺陷條目記錄。


編輯P表不正常的缺陷,對硬盤重新重建

       在認識了希捷硬盤的結構、缺陷表、P表結構后,就可以開始著手操作本方法,即重塑正確的P表條目,從而重新建立新的譯碼表,具體如下:


【圖8 藍色選中部分是P表的一個缺陷條目】

       圖8中藍色選中部分是P表的一個缺陷條目,這個條目的最后一個字節為0x0C,不屬于正常常規缺陷條目記錄。所以,我們嘗試將該缺陷條目從此P表文件記錄中刪去,然后重新對P表進行校驗,再寫入硬盤,并以修改后的P表進行硬盤的譯碼表重建。


影響希捷無法訪問數據區數據的幾點因素

       希捷硬盤不能訪問的主要有2點因素:第一,P表的缺陷條目被修改過,也就是說不是原始的主要缺陷表;第二,SMART表、G表也出現損壞,導致編譯器離線,譯碼表不正確。總之,最終造成硬盤不能訪問正確的數據區數據,或者造成前好后壞的故障。此時,就可通過本文介紹的方法進行嘗試。



編后語:數據恢復四川省重點實驗室科研人員通過利用編輯P表錯誤缺陷條目,以達到重建正確的譯碼表目的。這種方法能夠有效解決希捷硬盤無法訪問數據的問題,在為公檢法、科研、企業、個人等客戶提供電子取證、司法鑒定、數據恢復等服務中,效率源技術人員已使用該方法進行研判,簡單、有效。目前,該方法正在集成到DRS數據恢復系統、HD Doctor硬盤固件專修等電子取證數據恢復設備中,有興趣的技術人員歡迎一同探討。



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