針對flash存儲介質(zhì)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)探究

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1、針對Flash存儲介質(zhì)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)探究　　【摘要】針對Flash存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)是信息安全領(lǐng)域中一個非常重要的研究課題。Flash存儲介質(zhì)有其獨(dú)特的、不同于磁存儲介質(zhì)的存儲特性，所以在數(shù)據(jù)存儲方式上也與磁存儲介質(zhì)有所不同。針對Flash存儲介質(zhì)的存儲特性而設(shè)計(jì)的閃存文件系統(tǒng)通過閃存轉(zhuǎn)換層來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫和芯片的管理。因此從文件系統(tǒng)級和芯片級兩個方面對Flash存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究，并提出了下一步工作方向?！娟P(guān)鍵詞】Flash存儲介質(zhì)；數(shù)據(jù)恢復(fù)；文件系統(tǒng)；信息安全【中圖分類號】TP309.3【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A1引言7在信息

2、呈爆炸增長的今天，由于人為因素或自然災(zāi)害等不可抗力的破壞，導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，給企業(yè)和個人帶來了無法估量的損失。數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)，是指在存儲介質(zhì)上將由于各種原因?qū)е聛G失的數(shù)據(jù)恢復(fù)成正常數(shù)據(jù)，使其還原本來面目，從而將損失減少到最小的技術(shù)。數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)是信息安全領(lǐng)域中的一個重要研究課題，它在信息災(zāi)難救援、計(jì)算機(jī)取證等方面有著廣泛的應(yīng)用。隨著存儲設(shè)備與技術(shù)的不斷發(fā)展，電子存儲發(fā)展強(qiáng)勁，以便攜小巧、存儲量大、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步取代光磁存儲。其中，應(yīng)用于SSD（SolidStateDisk）固態(tài)硬盤、U盤等的Flash存儲介質(zhì)是電子存儲的主流。本文

3、針對Flash存儲介質(zhì)的存儲特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對Flash存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)恢復(fù)方法。2Flash存儲介質(zhì)原理Flash存儲介質(zhì)是一種非易失性存儲器，即使斷電，數(shù)據(jù)也不會丟失。介質(zhì)上的每一個存儲記憶單元都是通過晶體管頂部的控制閘、中間的氧化物層和底部的浮閘來將游動在其中的自由電子困于單元內(nèi)，使得在一般情況下經(jīng)過多年，電子也不會逸散，從而達(dá)到非易失性的目的。Flash存儲介質(zhì)有NORFlash和NANDFlash兩種，其中NANDFlash廣泛應(yīng)用于大容量數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。NANDFlash存儲介質(zhì)以頁（Page）為單位進(jìn)行讀寫操作，以塊（Block

4、）為單位進(jìn)行擦除操作。在寫入時，NANDFlash只能在空白頁中進(jìn)行，若即將寫入?yún)^(qū)域已有數(shù)據(jù)，則必須先進(jìn)行數(shù)據(jù)的擦除操作后才能寫入。Flash存儲介質(zhì)通常還需要與主控芯片相連構(gòu)成完整存儲電路。主控芯片一般由一個RISC的微處理器及一些ROM和RAM存儲器構(gòu)成，它通過I/O總線來完成計(jì)算機(jī)對Flash存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)傳輸和讀寫控制操作。此外，主控芯片還實(shí)現(xiàn)了物理頁塊與邏輯扇區(qū)之間的地址轉(zhuǎn)換，它的損壞將引起Flash存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)無法正常讀取。73閃存文件系統(tǒng)閃存文件系統(tǒng)是針對Flash存儲介質(zhì)特有的存儲特點(diǎn)，專門用來在Flash存儲介質(zhì)上

5、存儲文件的文件系統(tǒng)。閃存文件系統(tǒng)通過閃存轉(zhuǎn)換層，封裝下層Flash存儲介質(zhì)物理特性，向上層FAT32提供文件操作接口，以實(shí)現(xiàn)Windows操作系統(tǒng)對Flash存儲介質(zhì)的管理和控制。3.1Flash存儲介質(zhì)特點(diǎn)Flash存儲介質(zhì)上每一個存儲記憶單元的擦除次數(shù)都是有限的，而只要任意一個存儲記憶單元的擦除次數(shù)達(dá)到了上限，該記憶單元將無法可靠工作，進(jìn)而會影響到整個Flash存儲介質(zhì)工作的效率和性能。針對這一特點(diǎn)，避免出現(xiàn)對同一記憶單元的反復(fù)擦寫，導(dǎo)致該記憶單元很快達(dá)到擦除上限的時候其他記憶單元的擦除次數(shù)還很低，閃存文件系統(tǒng)為Flash存儲介質(zhì)設(shè)

6、計(jì)了良好的磨損均衡（Wear-Leveling）算法，讓Flash存儲介質(zhì)上的每一個記憶單元都能夠參與到介質(zhì)的擦寫過程中去，使得每一個記憶單元的擦除次數(shù)都基本相近，從而延長了Flash存儲介質(zhì)的使用壽命。由于Flash存儲介質(zhì)要求“先擦除后重寫”，并且需要做到磨損均衡，因此Flash存儲介質(zhì)通常采用異位更新（Not-in-PlaceUpdatesof7Data）的策略，即Flash存儲介質(zhì)不是在原來的物理頁中執(zhí)行更新操作，而是將新的數(shù)據(jù)寫入到其他物理頁當(dāng)中。這樣，存儲新數(shù)據(jù)的物理頁成為了有效頁，而存儲過時數(shù)據(jù)的物理頁成為了臟頁。當(dāng)臟頁達(dá)

7、到一定數(shù)量時，閃存文件系統(tǒng)將啟動垃圾回收，來擦除這些臟頁上的數(shù)據(jù)，而后重置它們?yōu)榭臻e頁，等待新數(shù)據(jù)的寫入。3.2閃存轉(zhuǎn)換層Flash存儲介質(zhì)大部分都工作在Windows操作系統(tǒng)下，而Windows操作系統(tǒng)所使用的文件系統(tǒng)是基于磁存儲介質(zhì)所設(shè)計(jì)的。由于Flash存儲介質(zhì)與磁存儲介質(zhì)的工作原理不同，所以Flash存儲介質(zhì)無法直接工作在諸如FAT32等適用于磁存儲介質(zhì)的文件系統(tǒng)下。這就需要閃存文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)出閃存轉(zhuǎn)換層（FlashTranslationLayer）以提供一個邏輯層到物理層的映射，文件系統(tǒng)到Flash存儲介質(zhì)的接口。閃存轉(zhuǎn)換層為了

8、屏蔽Flash存儲介質(zhì)與磁存儲介質(zhì)不同的特殊物理特性，通過封裝磨損均衡、異位更新等復(fù)雜的底層硬件操作和控制管理功能，向上提供與底層Flash存儲介質(zhì)無關(guān)的文件操作接口，使得上層文件系統(tǒng)不必關(guān)心底層Flash