計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)研究

林我建

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)；數(shù)據(jù)損壞

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）36-0082-03

隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷發(fā)展，個(gè)人工作學(xué)習(xí)、企業(yè)生產(chǎn)制造甚至是國家政府機(jī)構(gòu)政務(wù)服務(wù)中，計(jì)算機(jī)的使用頻率都得到了不小的提高，在給人們的日常工作生活帶來巨大便捷的同時(shí)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量過大造成的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失或損壞的頻次也越來越高，對(duì)數(shù)據(jù)保存、企業(yè)生產(chǎn)研究的負(fù)面影響不可忽視。因此，本文對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的探討和研究，也就具備重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)原理

在借助計(jì)算機(jī)恢復(fù)技術(shù)使計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息得到良好恢復(fù)前，我們首先應(yīng)該準(zhǔn)確科學(xué)地了解計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模式及其工作原理。在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)過程中，未正式投入使用的硬盤設(shè)備往往需要先經(jīng)過低級(jí)格式化、分區(qū)、高級(jí)格式化等工序后才能進(jìn)一步儲(chǔ)存相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，低級(jí)格式化主要是對(duì)硬盤的磁道和扇區(qū)等進(jìn)行劃分，圖1為低級(jí)格式化過程中硬盤存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)劃分圖，從而更加方便數(shù)據(jù)的分區(qū)儲(chǔ)存。其次，分區(qū)主要是指對(duì)物理硬盤設(shè)備從邏輯角度進(jìn)行一定劃分，將設(shè)備劃分為多個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)對(duì)硬盤設(shè)備的智能化管理和數(shù)字化管控，更加方便硬盤使用者對(duì)硬盤內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制與管理。高級(jí)格式化主要是將硬盤設(shè)備分區(qū)空間按照計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的具體類別，以一定的規(guī)則進(jìn)行存儲(chǔ)。

FAT文件在硬盤分區(qū)空間系統(tǒng)中的存儲(chǔ)中，高級(jí)格式化主要是指將FAT文件系統(tǒng)地劃入并寫入設(shè)備的引導(dǎo)扇區(qū)文件分配表上，完成文件目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)的形成，也就完成了硬盤設(shè)備五個(gè)部分的劃分，圖2即為高級(jí)格式化過程中硬盤設(shè)備的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)圖。由圖2 可知，硬盤的第一個(gè)扇區(qū)作為設(shè)備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程中的主引導(dǎo)扇區(qū)，主要包含主引導(dǎo)記錄部分和分區(qū)表部分兩大內(nèi)容，主引導(dǎo)記錄部分主要是硬盤分區(qū)的程序代碼，承擔(dān)著硬盤中操作軟件引導(dǎo)的基本職責(zé)，而操作系統(tǒng)則進(jìn)一步與引導(dǎo)區(qū)連接，同樣包含了操作系統(tǒng)引導(dǎo)部分和分區(qū)參數(shù)的記錄模塊部分，其中，操作系統(tǒng)的引導(dǎo)部分主要是負(fù)責(zé)硬盤設(shè)備中計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)文件是否為引導(dǎo)文件的判斷，如果存儲(chǔ)進(jìn)入的文件為引導(dǎo)文件，則進(jìn)一步將文件讀入內(nèi)存，并將其控制權(quán)和管理修改權(quán)賦予該文件，而分區(qū)參數(shù)模塊則主要是眾多的信息參數(shù)進(jìn)行分區(qū)記錄，包括了分區(qū)的起始部分和結(jié)束部分，扇區(qū)進(jìn)一步記錄著文件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式、根目錄大小甚至是FAT文件的個(gè)數(shù)等諸多內(nèi)容。文件分配表是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中文件系統(tǒng)的重要內(nèi)容，主要為冗余結(jié)構(gòu)設(shè)置模式，一個(gè)為另一個(gè)的備份，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)。盡管硬盤設(shè)備上的文件被分成多個(gè)小段，但文件與文件之間處于相互聯(lián)系和相互依存狀態(tài)，也就能夠有效保證計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)準(zhǔn)確對(duì)各類文件進(jìn)行高效率讀取和存儲(chǔ)。在FAT分區(qū)后，目錄區(qū)域模塊中存放文件名和文件實(shí)際存放的數(shù)據(jù)區(qū)域中第一個(gè)族的族號(hào)信息等，進(jìn)而能夠通過多種技術(shù)的配合，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息的儲(chǔ)存和提取。

2 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)損壞分析

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)損壞類型主要包括硬盤數(shù)據(jù)損害常見的硬件故障和硬盤數(shù)據(jù)損害常見的軟件故障兩大部分內(nèi)容，其中，硬盤數(shù)據(jù)損壞常見的硬件故障原因是多元的，最常見是在外界環(huán)境條件處于嚴(yán)重震動(dòng)狀況下的硬盤讀寫磁頭的損壞，該類型的磁頭損害往往使硬盤設(shè)備不能夠被識(shí)別。同時(shí)，硬盤接口故障、主板被燒甚至是芯片損毀、電源供應(yīng)過程中出現(xiàn)故障等導(dǎo)致硬盤出現(xiàn)問題，都是硬盤中數(shù)據(jù)出現(xiàn)損害的重要硬件故障類型。此外，硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過程中存在著緩存故障時(shí)，同樣也會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致計(jì)算機(jī)處于死機(jī)狀態(tài)，或使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)亂碼等諸多情況。硬盤數(shù)據(jù)損壞過程中，常見的軟件故障類型同樣多種多樣，既包含了人為對(duì)數(shù)據(jù)信息操作過程中的操作因素，也包含了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被外界病毒入侵甚至是被惡意程序侵占之后導(dǎo)致的諸多故障，該類故障都會(huì)進(jìn)一步使計(jì)算機(jī)硬盤的數(shù)據(jù)處于損壞狀態(tài)。此外，最常見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬盤軟件故障即為計(jì)算機(jī)使用者誤刪除文件，或是將文件進(jìn)行格式化。當(dāng)出現(xiàn)該類故障時(shí)，往往表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息無法得到正常進(jìn)入，也就不能對(duì)應(yīng)相應(yīng)文件進(jìn)行讀取，或者是使文件處于丟失狀態(tài)或亂碼狀態(tài)。

3 數(shù)據(jù)損壞類型及相關(guān)恢復(fù)技術(shù)

根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息存儲(chǔ)過程中數(shù)據(jù)的損壞類型，將數(shù)據(jù)損壞分為硬盤DBR區(qū)域的損害、文件的刪除及恢復(fù)損害以及硬盤重分區(qū)過程或者是分區(qū)表損壞而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)損壞三大種方式。

以硬盤DBR損壞為例分析可知，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)能夠直接訪問的硬盤扇區(qū)即為DBR區(qū)，該類扇區(qū)中主要包括了BPB部分和引導(dǎo)程序部分，BPB部分主要是對(duì)硬盤操作系統(tǒng)的扇區(qū)主要參數(shù)界面記錄，包括其起始扇區(qū)和結(jié)束扇區(qū)，也包括了儲(chǔ)存于該扇區(qū)中內(nèi)部文件的儲(chǔ)存格式、根目錄參數(shù)信息等。引導(dǎo)程序部分則主要是對(duì)操作系統(tǒng)所訪問的MBR扇區(qū)中的文件進(jìn)行判斷，當(dāng)將計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的權(quán)利交付給引導(dǎo)程序部分時(shí)，引導(dǎo)程序部分能夠借助取軟件運(yùn)行實(shí)現(xiàn)本分區(qū)是不是引導(dǎo)分區(qū)的判斷，引導(dǎo)程序最終判別操作系統(tǒng)所進(jìn)入的扇區(qū)為引導(dǎo)分區(qū)時(shí)，就可將相關(guān)數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，并進(jìn)一步將控制權(quán)交給該文件，進(jìn)行文件數(shù)據(jù)操作。在該扇區(qū)運(yùn)行過程中，DBR操作系統(tǒng)中的相關(guān)運(yùn)行過程至關(guān)重要，當(dāng)DBR操作系統(tǒng)遭到外界外力損害或是內(nèi)部物軟件攻擊時(shí)，計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)將出現(xiàn)不能正常啟動(dòng)的情況，因此，操作系統(tǒng)首先應(yīng)該做好備份，保障計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)能夠在出現(xiàn)問題后利用備份實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)、硬盤重分區(qū)或者是分區(qū)損害而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

一般而言，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的硬盤重分區(qū)或分區(qū)表損壞，主要損害原因包括了人為因素和外界病毒入侵導(dǎo)致的硬盤邏輯零扇區(qū)被修改兩種情況，針對(duì)上述兩種情況下硬盤分區(qū)或分區(qū)表損害造成的數(shù)據(jù)恢復(fù)，可以使用針對(duì)底層數(shù)據(jù)恢復(fù)的專用WINHEX軟件。圖3 即為WINHEX數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件啟動(dòng)界面。

硬盤的第一個(gè)扇區(qū)包含著硬盤中最重要的數(shù)據(jù)

（1）主引導(dǎo)扇區(qū)介紹

主引導(dǎo)記錄（446字節(jié)）（0000 – 01BD）

分區(qū)表項(xiàng)1（16字節(jié)）（01BE – 01CD）

分區(qū)表項(xiàng)2（16字節(jié)）（01CE – 01DD）

分區(qū)表項(xiàng)3（16字節(jié)）（01DE – 01ED）

分區(qū)表項(xiàng)4（16字節(jié)）（01EE – 01FD）

結(jié)束標(biāo)志（2字節(jié)“55 AA”）（01FE 01FF）

（2）主分區(qū)表（DPT） （3）針對(duì)上圖DPT的信息，判斷各分區(qū)的大小和

起始位置：

在WINHEX軟件中，信息以字節(jié)為單位，即兩位十六進(jìn)制為一個(gè)數(shù)據(jù)。并且低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)塊的信息是以反向的方式書寫。

由此，主分區(qū)（DPT）表信息，包含的分區(qū)信息表示如下：

第一個(gè)分區(qū)的起始位置：72 74 43 20 偏移量（決定分區(qū)大?。?C 41 2B 6C

第二個(gè)分區(qū)的起始位置：73 65 72 20 偏移量（決定分區(qū)大小）：74 72 61 74

有了以上的基礎(chǔ)，我們就可以進(jìn)一步學(xué)習(xí)使用WINHEX，恢復(fù)分區(qū)表的故障。

4 實(shí)際應(yīng)用

就現(xiàn)階段而言，我國較為常用的數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件主要分為兩種：

（1）圖形界面的數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件

此類軟件圖形界面操作性較強(qiáng)，不需要專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識(shí)。常見的有easy recovery，F(xiàn)inal data，recover?my files 等不同類型的軟件工具，具備不同的恢復(fù)效果。

（2）基于底層數(shù)據(jù)恢復(fù)的軟件

此類軟件為專業(yè)性較強(qiáng)軟件，必須要有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)才可以學(xué)習(xí)使用，有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能。常用底層恢復(fù)數(shù)據(jù)軟件有R-Stiao、WINHEX。

其中，WINHEX是基于十六進(jìn)制編輯器為核心的數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)恢復(fù)功能，不僅能夠恢復(fù)數(shù)據(jù)信息，還能分區(qū)表出現(xiàn)損壞，電腦就識(shí)別不到硬盤，各種類型的文件打不開，都可以使用WIN?HEX進(jìn)行恢復(fù)。

那么如何使用WINHEX恢復(fù)分區(qū)一個(gè)分區(qū)受損的硬盤呢？

我們拿一個(gè)直接分兩個(gè)區(qū)的硬盤（不用考慮EBR）為例操作。首先把DPT中兩個(gè)分區(qū)的起始位置與偏移量用0填充，此時(shí)硬盤無法使用。

打開WINHEX軟件，第一個(gè)分區(qū)標(biāo)項(xiàng)（也就是用來描述C盤的）。首先，在第1個(gè)字節(jié)處（0扇區(qū)倒數(shù)第五行，倒數(shù)第二個(gè)字節(jié)）填上分區(qū)引導(dǎo)標(biāo)志，因?yàn)镃盤是活動(dòng)分區(qū)，所以填上80。接著是第2、3、4字節(jié)（本分區(qū)起始磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)、柱面號(hào)），填上：01 01 00。第5字節(jié)是分區(qū)類型符0B是FAT32，07是NTFS。第6、7、8字節(jié)填什么都可以。第9、10、11、12字節(jié)，本分區(qū)之前已用了的扇區(qū)數(shù)，也就是MBR所占用的扇區(qū)數(shù)是63。但是要將63轉(zhuǎn)為十六進(jìn)制數(shù)是3F，不夠四個(gè)字節(jié)前面加零，也就是00 00 00 3F，再將此數(shù)從右向左依次序反過來就是3F 00 00 00。第13、14、15、16 字節(jié)是本分區(qū)的總扇區(qū)數(shù)，也就是C盤的大小，這就要通過稍微一點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算來得到了。因?yàn)镃盤是從第63個(gè)扇區(qū)開始，而C盤后面緊接著的是EBR，所以用EBR所在的第一個(gè)扇區(qū)數(shù)減去63就是C盤的大小。EBR的結(jié)束標(biāo)志也一定是55AA，那么，只要找到這個(gè)結(jié)束標(biāo)志，再看看這個(gè)扇區(qū)是不是EBR。單擊“搜索”——“查找十六進(jìn)制數(shù)值……”，然后出來一個(gè)對(duì)話框，在文本框中輸入“55AA”，搜索框中選“全部”，然后選中“條件”，把偏移量設(shè)置為“512=510”。再單擊“確定”。首先找到第一個(gè)“55AA”，羸弱看到，個(gè)扇區(qū)在第63個(gè)扇區(qū)上，并不是要找的EBR，再按F3繼續(xù)查找，EBR的結(jié)構(gòu)和MBR的結(jié)構(gòu)是一樣的，所以在倒數(shù)第五行倒數(shù)第二個(gè)字節(jié)應(yīng)該是0001，并且前446個(gè)字節(jié)應(yīng)該是0，終于找到了真正的EBR，在1435392 扇區(qū)，用1435392減去63，得到1435329，再轉(zhuǎn)為16進(jìn)制，就是15E6C1，將他倒轉(zhuǎn)過來就是C1E61500，這就是C 盤的大小。這樣，第一個(gè)分區(qū)表項(xiàng)填寫完畢。

5 結(jié)論

計(jì)算機(jī)恢復(fù)技術(shù)為保障人們的正常工作、生活提供助力。本文在探究數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)損害過程分析，進(jìn)一步對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)損害類型和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，最后以實(shí)例研究分析方法論述了計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)回復(fù)的技術(shù)應(yīng)用，為更好地利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)造福企業(yè)和民眾提供更多思路。