陳培德,吳建平,王麗清,殷莉芬

(1.云南大學(xué) a.信息學(xué)院,b.圖書館,云南 昆明 650223;2.云南省高校數(shù)字媒體技術(shù)重點實驗室,云南 昆明 650223)

格式化是指對磁盤或磁盤中的分區(qū)進(jìn)行初始化的一種操作，這種操作通常會導(dǎo)致現(xiàn)有的磁盤或分區(qū)中所有的文件被清除[1]。格式化通常分為低級格式化和高級格式化[2]。如果沒有特別指明，對硬盤的格式化通常是指高級格式化。

外存儲器自廠商生產(chǎn)出來，一般要經(jīng)過低級格式化、分區(qū)和高級格式操作后[2]才能用來存儲數(shù)據(jù)。低級格式化一般由外存儲器生產(chǎn)廠商來完成，而對外存儲器的分區(qū)和高級格式化則由用戶來完成。

對邏輯盤進(jìn)行高級格式化后數(shù)據(jù)能否被恢復(fù)取決于格式化操作對原來文件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的破壞程度[3]。

本文對FAT32文件系統(tǒng)的邏輯盤格式化成NTFS文件系統(tǒng)后的數(shù)據(jù)恢復(fù)進(jìn)行了大量的實驗，在Windows XP平臺下，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)的邏輯盤被格式化成NTFS文件系統(tǒng)后，除被NTFS文件系統(tǒng)中的元文件所覆蓋后的數(shù)據(jù)無法恢復(fù)外，其他未被覆蓋的數(shù)據(jù)均可被全部恢復(fù)。

1 實驗環(huán)境及實驗素材準(zhǔn)備

1.1 實驗環(huán)境

1) 操作系統(tǒng)：Windows XP；

2) 邏輯盤容量：2.48GB；

3) 數(shù)據(jù)恢復(fù)工具：WinHex 15.08。

1.2 制作實驗素材

1) Windows XP操作系統(tǒng)下，將硬盤劃分出一個分區(qū)來，該分區(qū)對應(yīng)的盤符為F盤，大小為2.48 GB，將該分區(qū)進(jìn)行格式化，文件系統(tǒng)選擇FAT32，每個簇的扇區(qū)數(shù)選擇“默認(rèn)”。復(fù)制共計1.1 GB的文件和文件夾到F盤中，F(xiàn)盤的基本情況如下。

①文件系統(tǒng)：FAT32；

②總?cè)萘浚? 673 266 688 Byte；

③已用空間：1 202 679 808 Byte；

④可用空間：1 470 586 880 Byte；

⑤每個簇的扇區(qū)數(shù)：8；

⑥保留扇區(qū)數(shù)：34；

⑦隱藏扇區(qū)數(shù)：63；

⑧總扇區(qū)數(shù)：5 231 457；

⑨每個FAT表所占扇區(qū)數(shù)：5 099；

⑩數(shù)據(jù)區(qū)范圍：10 232～5 231 456號扇區(qū)(即2～652 654號簇)

格式化前，F(xiàn)盤總體布局如表1所示[4]。

表1格式化前，F(xiàn)盤總體布局情況

作 用扇區(qū)號數(shù)據(jù)區(qū)對應(yīng)的簇號保留扇區(qū)0～33FAT134～5132FAT25133～10232已使用的數(shù)據(jù)區(qū)10233～23592152～293624未使用的數(shù)據(jù)區(qū)2359216～5231455293625～652654

2) 將F盤進(jìn)行格式化，文件系統(tǒng)選擇NTFS，每個簇的扇區(qū)數(shù)選擇“默認(rèn)配置大小”。格式化后F盤基本情況如下。

①文件系統(tǒng)：NTFS；

②總?cè)萘浚? 678 505 472 Byte；

③已用空間：16 044 032 Byte；

④可用空間：2 662 461 440 Byte；

⑤每個簇的扇區(qū)數(shù)：8；

⑥保留扇區(qū)數(shù)：0；

⑦隱藏扇區(qū)數(shù)：63；

⑧總扇區(qū)數(shù)：5 231 456；

⑨元文件$MFT開始簇號：262 144；

⑩元文件$MFTMirr開始簇號：326 966；

格式化后，F(xiàn)盤總體布局如表2所示[5]。

表2格式化后，F(xiàn)盤總體布局情況

至此，在Windows XP 下，邏輯盤由FAT32文件系統(tǒng)被格式化NTFS文件系統(tǒng)素材已制作完成。

2 格式化對分區(qū)表和DBR的改變

格式化前，F(xiàn)盤所對應(yīng)的MBR分區(qū)表為“00 EF FF FF 0B EF FF FF 3F 00 00 00 61 D3 4F 00”；F盤的文件系統(tǒng)由FAT32格式化成NTFS后，F(xiàn)盤所對應(yīng)的MBR分區(qū)表為“00 EF FF FF 07 EF FF FF 3F 00 00 00 61 D3 4F 00”，即F盤所對應(yīng)的MBR分區(qū)表的分區(qū)標(biāo)志由“0B”變?yōu)椤?7”[6](注：FAT32文件系統(tǒng)的分區(qū)標(biāo)志為“0B”，而NTFS文件系統(tǒng)的分區(qū)標(biāo)志為“07”[7])。由于分區(qū)大小沒有調(diào)整，所以，F(xiàn)盤所對應(yīng)的MBR分區(qū)表的其他值沒有變化。

格式化前，F(xiàn)盤的文件系統(tǒng)為FAT32，而格式化后F盤的文件系統(tǒng)為NTFS。所以，格式化后，F(xiàn)盤FAT32_DBR已被NTFS_DBR所取代。

3 格式化對FAT32的影響

格式化前，F(xiàn)盤的總體布局如表1所示；而格式化后，F(xiàn)盤的總體布局如表2所示。從表1和表2的對比可見，格式化后，F(xiàn)盤的0～15號扇區(qū)被NTFS的元文件$Boot所覆蓋；而格式前FAT32文件系統(tǒng)的16～2 066 863號扇區(qū)均未被覆蓋，即FAT32文件系統(tǒng)最重要FAT1和FAT2，以及2號簇(即根目錄的開始簇號)均未被覆蓋。被覆蓋的已使用數(shù)據(jù)區(qū)為2 066 864～2 359 215，即存儲在該區(qū)域的數(shù)據(jù)將無法恢復(fù)。

4 恢復(fù)數(shù)據(jù)的基本思路與方法

4.1 恢復(fù)格式化前數(shù)據(jù)的基本思路

從格式化操作對MBR分區(qū)表及FAT32文件系統(tǒng)的影響可知，要恢復(fù)格式前FAT32文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，關(guān)鍵在于恢復(fù)MBR分區(qū)表和FAT32_DBR[8]。要恢復(fù)FAT32_DBR，只要將同一版本的FAT32_DBR復(fù)制到F盤的0號扇區(qū)，并修改FAT32_DBR中每個簇的扇區(qū)數(shù)、保留扇區(qū)數(shù)、隱藏扇區(qū)數(shù)、總扇區(qū)數(shù)、每個FAT表所占扇區(qū)數(shù)5個BPB參數(shù)。

4.2 恢復(fù)格式化前F盤MBR分區(qū)表的基本方法

使用WinHex軟件找到F盤的MBR分區(qū)表，將F盤的MBR分區(qū)表中的分區(qū)表標(biāo)志由“07”[9]修改為“0B”[10]，即可恢復(fù)格式化前F盤所對應(yīng)的分區(qū)表。

4.3 計算F盤FAT32_DBR的BPB參數(shù)

1)通過FAT1和FAT2開始特征值查找到FAT1和FAT2所在扇區(qū)號，并計算出每個FAT表所占扇區(qū)數(shù)和保留扇區(qū)數(shù)。

2)通過子目錄開始特征值查找到兩個子目錄開始扇區(qū)號，并獲得子目錄開始簇號，通過兩個子目錄開始扇區(qū)號和開始簇號，計算出每個簇的扇區(qū)數(shù)。

3)通過F盤的MBR分區(qū)表獲得總扇區(qū)數(shù)和隱藏扇區(qū)數(shù)。

5 恢復(fù)格式化前的數(shù)據(jù)基本步驟

1)恢復(fù)F盤MBR分區(qū)表，具體操作步驟如下：

①啟動WinHex軟件；

③將光標(biāo)移動到F盤的MBR分區(qū)表所在扇區(qū)號，將扇區(qū)偏移0X1C2處的值“07”修改為“0B”[11]；

④單擊“保存”按鈕。

2)計算FAT32_DBR中每個FAT所占扇區(qū)數(shù)和保留扇區(qū)數(shù)。具體操作步驟如下：

①啟動WinHex軟件；

③按“F3”鍵繼續(xù)向下查找，在5 133號扇區(qū)找到，即FAT2的開始扇區(qū)號為5 133。

每個FAT表所占扇區(qū)數(shù)=FAT2開始扇區(qū)號-FAT1開始扇區(qū)號=5 133-34=5 099

(注：在FAT32_DBR中的存儲形式為“EB 13 00 00”)

保留扇區(qū)數(shù)=FAT1開始扇區(qū)號-FAT32_DBR所在扇區(qū)號=34-0=34

(注：在FAT32_DBR中的存儲形式為“22 00”)

3)計算FAT32_DBR中每個簇的扇區(qū)數(shù)，具體操作步驟如下：

①啟動WinHex軟件。

圖1 第1個子目錄開始扇區(qū)前48字節(jié)

③按“F3”鍵繼續(xù)查找，在245 320號扇區(qū)找到，如圖2所示，從圖2可知，第二個子目錄開始扇區(qū)號為245 320，開始簇號為29 388。

圖2 第二個子目錄開始扇區(qū)前48字節(jié)

每個簇的扇區(qū)數(shù)=(第二個子目錄的開始扇區(qū)號-第一個子目錄的開始扇區(qū)號)/(第二個子目錄的開始簇號-第一個子目錄的開始簇號)=

(245 320-10 240)/(29 388-3)=8

(注：在FAT32_DBR中的存儲形式為“08”)

4)獲得FAT32_DBR中總扇區(qū)數(shù)和隱藏扇區(qū)數(shù)。從F盤的分區(qū)表可知，總扇區(qū)數(shù)為5 231 457，相對扇區(qū)為63，總扇區(qū)數(shù)在分區(qū)表和FAT32_DBR中的存儲形式為“61 D3 4F 00”；分區(qū)表中的相對扇區(qū)即為FAT32_DBR中的隱藏扇區(qū)數(shù)；隱藏扇區(qū)數(shù)在FAT32_DBR中的存儲形式為“3F 00 00 00”。

(注：該參數(shù)的正確性，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)不做校驗)。

5)綜合步驟2)～步驟4)，恢復(fù)格式化前FAT32_DBR中BPB參數(shù)如表3所示。

表3恢復(fù)格式化前FAT32_DBR中BPB參數(shù)

字節(jié)位移字節(jié)數(shù)含 義在DBR中的存儲形式0X0D1扇區(qū)數(shù)/簇080X0E2保留扇區(qū)數(shù)22 000X1C4隱藏扇區(qū)數(shù)3F 00 00 000X204該分區(qū)總扇區(qū)數(shù)61D3 4F 000X244每FAT所占扇區(qū)數(shù)EB 13

6)將同一版本的FAT32_DBR復(fù)制到F盤的0號扇區(qū)，并將每個簇的扇區(qū)數(shù)、保留扇區(qū)數(shù)、隱藏扇區(qū)數(shù)、總扇區(qū)數(shù)、每個FAT表所占扇區(qū)數(shù)修改為表3中的數(shù)值。 如圖3所示，然后存盤并退出WinHex軟件。

圖3 修改FAT32_DBR中的參數(shù)

7)重新啟動Windows XP，到資源管理器中可以看到格式化前F盤FAT32文件系統(tǒng)中的所有文件和文件夾；但是除被格式化后NTFS文件系統(tǒng)的元文件覆蓋的文件或文件夾無法恢復(fù)外，其他未被覆蓋的文件或文件夾均全部恢復(fù)。

6 結(jié)束語

在Windows XP平臺下，除對邏輯盤FAT32文件系統(tǒng)格式化成NTFS文件系統(tǒng)外，還對邏輯盤FAT32文件系統(tǒng)快速格式化成NTFS文件系統(tǒng)進(jìn)行了實驗，其數(shù)據(jù)恢復(fù)的思路、方法和步驟與格式化操作完全一樣。

在Windows7 平臺下，對邏輯盤FAT32文件系統(tǒng)被快速格式化成NTFS文件系統(tǒng)也做了實驗。 實驗結(jié)果表明，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)的FAT1、FAT2和2號簇均被NTFS文件系統(tǒng)的元文件覆蓋，2號簇以后數(shù)據(jù)一般還會保留，此時，只能使用數(shù)據(jù)恢復(fù)軟件(如Easy Recovery、Disk Genius、Final Recovery等)恢復(fù)。但是對邏輯盤FAT32文件系統(tǒng)被格式化成NTFS文件系統(tǒng)后，由于格式化后存儲在原來磁盤上的數(shù)據(jù)已被填充為“00”，這種情況下，數(shù)據(jù)將不能被恢復(fù)。

通過實踐證明，在Windows XP平臺下，該方法具有方便快捷、簡單實用的特點。并且用戶在資源管理器中可以看到所恢復(fù)出來的全部數(shù)據(jù)，但被NTFS文件系統(tǒng)元文件覆蓋的文件或文件夾將無法恢復(fù)。

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