（计算机软件与理论专业论文）磁介质数据销毁技术的研究.pdf

一一 + 嬲煳孵 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：叠羔垂日期：年 月日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 珍 、 签名：叠垂垒 导师签名： 日期：年月日 阿 考 挑t，譬毒 i 怿 0 摘要 摘要 数据销毁顾名思义就是把存储介质上的数据全部擦除，目前磁介质是存储电 子数据文档的主要载体。遗憾的是，由于操作系统本身的特点以及磁介质本身和 磁介质记录数据方式的局限性，利用系统提供的删除数据的方法，即使是对磁盘 低级格式化都不能将数据完全擦除。目前基于数据覆盖技术的软件销毁技术，各 国都提出了自己的数据覆盖标准，主要是以美国的d o d 5 2 2 0 2 2 一m 标准为代表。 该标准是上个世纪9 0 年代提出的，随着各种软硬件技术的发展并没有得到更新， 甚至美国d o d 本身是否采用此标准，都值得怀疑。目前，国内也没有一个统一的 标准，因此提出一种的新的软件销毁方法有着非常迫切的需求。 本文研究了目前采用的主要数据销毁技术，分析了各种销毁技术的优缺点， 然后从磁盘的磁介质物理特性和磁盘的数据存储逻辑规则出发，在前人设计的各 种软件覆写序列的基础上，分析了各种覆写序列的优缺点，提出了通用覆盖理论 并设计了一种新的覆写方法。并从理论上论证了该方法的优点和销毁的彻底性。 除此之外，本文还提出了基于网络安全的磁介质软件数据销毁系统。 本文的先进性主要体现在以下三个方面：( 1 ) 提出通用覆写理论并设计了新 的数据销毁覆写方法，该方法安全，擦除彻底，效率高。( 2 ) 本文提出的软销毁 系统具有“多级别可定义”的特征。即本系统提供了不同的安全级别的销毁技术， 系统首先将s d m 方法应用到其中，另外集成了全“0 ”覆盖技术，全“1 覆盖技 术，d o d 5 2 2 0 2 2 一m 标准覆盖技术，r c m pt s s i to p s i i 覆盖技术，g u n i l a l l l l 销毁技术。用户可以根据数据的敏感程度选择不同的销毁级别。( 3 ) 本文的软销 毁系统具有安全性，首先采用了u 蛳技术进行身份认证和权限管理；其次在网 络环境下主控机对受控机的擦除控制采用了单向认证技术，最后系统采用了l p e 加壳技术即“n u x 下的p e 技术实现了可执行文件运行上的安全性。 本文在阐述系统时，主要阐述了单机销毁和联网销毁的架构设计，系统的可 靠性设计和安全性设计，系统的工作流程。重点分析了日志模块、销毁算法模块、 物理盘、逻辑盘和文件的销毁模块的设计、实现。本文对i 抽u x 可执行文件代码加 壳技术进行了重点分析。另外对擦除效率做出了论证和分析。 关键词：数据销毁，消磁，磁力显微镜，u s b k e y ，代码保护 鼍 一 l p a b s t r a c t a b s t r a c t d a t ad e s t n j c t i o ni sd e 6 n e da st oe r a s ea 1 1 也ed a t ao nm e s t o r a g em e d i a c u r r e n t l y m a g n e 缸cs t o r 明r em e d i ai st 1 1 em 血c 枷e ro fe l e c 协o i l i cd a t a u n f o n l m a t e l y ，d u et ot l l e c h a r a c t 舐s t i c so fm eo p e r a t i n gs y s t e ma n d 1 el i i l l i t a t i o n so fm a 朗e t i cm e d i ai t s e l fa i l d m ew a yi tr e c o r d sd a t a ，m em e m o dw i l i c hi sp r o v i d e db yo p e r a t i o ns y s t e mf o ru sc a i l n o tc o l l l p l e t e l ye r a s e 也ei i a t a e v e nb yl o w l e v e ld i s kf o m l a t t i r 培，m ed a t aw i nb e r e c o v e r e dw i n lm a 印e t i cf o r c em i c r o s c o p y m o s tc o u n t r i e sp r o v i d et 1 1 e i ro ，ns t a i l d a r d s f o rt l l em e t h o do fi 1 1 f 1 0 吼a t i o ni i e m o v a la n dd e s 饥l c t i o n h 1t 1 1 eu i l i t e ds t a t e s m e r 印r e s e n t 鲥d e l i n ei sd o d 5 2 2 0 2 2 - m ，w l l i c hi sp u tmt l l e9 0 so ft 1 1 el a s tc e i l t l 】r y b u t w i n lav 疵e t ) ro fh a r d w a r ea n ds o f w a r et e d u l o l o 百e su p d a t e d ，i ti su n c e r t a i nm a t w h e m e r 戗l eu s d o di t s e l fu s e 仳ss t a l l d a r dn o w t h e r eh a v e n tau i l i f o 肌s t a i l d a 】旧i n d o m e s t i c t h u s ， p r e s e n t i n g an e ws o n w a r em e t h o do fd a t ad e s 饥j c t i o nw i l lb e s i 鲥6 c a l l c e t 1 1 i st h e s i ss t l l d i e sm a i nh n d so fd a t ad e s t m c t i o nt e c l l l l i q u e s 灿1t h em e t h o d so f d a t ad e s 咖c t i o na r ea n a l y z e d ，m ea d v a n t a g e sa 1 1 dd i s a d v a n t a g e so fm e ma s u | 珈m 撕e d a r e r ，an e wm e t h o do fs o rd e g a u s s i n go v e r i i d em e m o di sp r o p o s e d a 1 s o ，t h e a d v a n t a g e so fm en e wm e m o da r cd e m o n s t r a t e d ，m e o r e t i c a l l yi ti sm o r es e c u r i t ) ，t 1 1 a 1 1 o t h e r s i na d d i t i o n ，as e c l l r ed a t ad e s t r u c t i o no fm a g n e t i cm e d i as o r w a r ea r c l l i t e c t u r e b a s e do nn e t w o r ki sd e s i g n e di 1 1t 1 ：1 i sn l e s i s t h e r ea r ep m a d l ym r e ea d v 觚t a g e si nt h em e s i s ：f i r s t ，an e wo v 硎d em e t h o do f s o rd a t ad e s 加c t i o ni sd e s i 朗e d 1 1 1 en e wm e m o di ss a 虹e r a s ed e e p m o r ee m c i e n t t h a nc u r r e n tp o p u l a rm e t h o d s e c o n d ，i nt l l i s t l l e s i s ，廿l e d e s m 】c t i o ns y s t e mh 嬲 ”n m l t i 一1 e v e l ，c a l lb ed e 丘l l e d f tc h a r a c t 砸s t i c s d i 虢凇l ts e c u r i 够1 e v e l sa r ep r o 啊d e di nm e s y s t e mu s i n gd i 脓e n td e s 饥l c t i o nt e c l m 0 1 0 西e s ，s u c ha ss d mm e 廿1 0 d ，o v e 硒啦t ea l l ”o ” p a t t 锄s ，a 1 1 ”1 ”p 甜锄st e d m 0 1 0 鼢d o d 5 2 2 0 2 2 - ms t 觚d a r dt e c h o l o 鼢r c m p t s s r ro p s i io v e r 嘶t et e c l l n o l o g ) ，觚dg 劬皿a l l i ld e s 乜u c d o nt e c l l l l o l o 爵a c c o r d i l l gt 0 s 吼s i t i v i t y1 e v e l so fd a t ad e s 缸u c t i o n ，d i 丘e r 铋tl e v e l sc a l lb ec h o s e l l n 媳t h es y s t 锄i s l l i 曲s 斫e 够f 豳to fa l l ，u s b k e yt e d u l o l o g yi sa p p l i e dt ot 1 1 ed e s n u c 廿o ns y s t e mt 0 i d e l l t i t ) r 踟t 1 1 即【t i c a t i o na n da u t h o r i z a t i o nm a l l a g c m e m ；n e x t ，t h em a i nc o m r o lc o m p u t e r i i a b s t r a c t c o n t r o l st l l es l a v ec o m p u t e r si nn e 撕o r ku s i n gu m d i r e c t i o n a la u t h e n t i c a t i o n ；f i n a l l y ， l i l l u ) 【e x e c u t a b l e6 1 e sp et e c l l l l 0 1 0 9 yi si n 加d u c e dt o p r o t e c tc o d et 0 a c l l i e v ec o d e s e a i r i 够 t h i sm e s i sd e s c 舶e sm ea r c h i t e c t u r eo fs o 胁a r es y s t e i l l ，i 1 1 c l u d i n g 出酉em o d e w i mo n ec o m p u t ea n di n o d ew i 也n 咖o r kf o rd e s t m c t i o n b e s i d e s ，s y s t e mr e l i a b i l i t ) ， d e s i g na i l ds e c u r i t ) rd e s i 印，t h es y s t e m sw o f k i n gp r o c e s sa r ea 1 1 1 y z e d nf o c u s e so n a n a l ) ，z i n gt h el o gm o d u l e ，m ed e s t m c t i o na 1 9 0 r i 1 1 i lm o d u l e ，l o 百c a ld i s ka 1 1 d 缸l e d e s 饥j c t i o nm o d u l ed e s i g na n di i i 】【p l e m e n t a 矗o n “m 1 ) 【e x e c u ta ：b l ec o d e p a c k e d t e c h n 0 1 0 9 ya i l dt h ee r a s u r ee m c i e n c ya r ed e s c r b e da tl a s t 1 沁y w o r d ： d a t ad e s t n 】c t i o n ，d e g a u s s i n g ，m a g n e t i cf o r c em i c r o s c o p e ，u s b k e y ；c o d e p r o t e c t i o n n i l j 目录 目录 第一章引言1 1 1 课题背景及意义1 1 2 研究课题领域现状2 1 3 作者的主要工作3 1 。4 本文的组织安排3 第二章相关技术的研究和分析5 2 1 磁介质数据恢复技术5 2 1 1常规数据恢复技术5 2 1 2磁介质残留数据恢复技术5 2 2 磁介质销毁技术6 2 2 1消磁技术6 2 2 2热销毁技术7 2 2 3物理销毁技术8 2 2 4软销毁技术8 2 3 磁盘的物理结构9 2 3 1盘面9 2 3 。2 磁道9 2 3 3 柱面9 2 3 4扇区1 0 2 4 磁盘的寻址方法1 0 2 5 磁盘的逻辑结构1 0 i v 目录 2 5 1 b 0 0 t s e c t o r 简介1 0 2 5 2 d p t 简介1 1 2 5 3 扩展分区简介1 2 2 5 4 寻找逻辑分区的方法1 3 2 6 对指定文件的覆盖1 5 2 6 1f a t 文件系统1 6 2 6 2n t f s 逻辑分区18 2 7 小结2 0 第三章s d m 方法2 l 3 1 磁介质设备记录数据的原理2 1 3 2 磁介质材料记录信息的局限性分析2 2 3 3 现有的数据覆写标准2 4 3 4 硬盘的编码方式及s d m 方法的提出2 7 3 4 1硬盘编码方式_ 2 7 3 4 2s d m 方法的提出2 9 3 5s d m 的设计3 0 3 5 1 按照“全面覆盖 的原则设计覆写序列3 0 3 5 2按照频率最低原则3 2 3 5 3写随机序列。3 2 3 5 4 结论3 2 3 6s d m 方法的分析3 4 3 7s d m 与同类覆写方法的对比3 5 3 7 1s d m 同d o d 5 2 2 0 2 2 一m 方法进行对比3 5 3 7 2s d m 同g u t m a n 方法的对比3 5 v 一 # 一 i j 目录 3 7 3s d m 同其它擦除方法的对比3 6 3 8 小结3 6 第四章软销毁系统的设计与实现3 7 4 1 软销毁系统总体结构概述3 7 4 1 1软销毁系统的总体功能概述3 7 4 1 2系统的主要特色3 7 4 2 总体设计3 8 4 2 1系统设计3 8 4 3 系统工作流程4 4 4 3 。1用户权限管理流程4 4 4 3 2 多机联网擦除流程4 6 4 3 3 单机擦除流程4 7 4 4 日志模块的实现4 8 4 4 1功能描述4 8 4 4 2 流程图4 8 4 5 擦除算法的实现4 9 4 5 1擦除序列的数据结构定义4 9 4 5 2擦除序列4 9 4 5 3擦除函数e r a s e _ r u n 5 3 4 6 对物理盘的擦除5 4 4 7 对逻辑盘的擦除5 5 4 8 对特定文件的擦除5 5 4 9l p e ( l 烈u xp a c k e re x e a 兀e ) 可执行文件代码加壳技术5 6 4 9 1e l f 文件格式分析5 7 v i 目录 4 9 2l p e 技术的原理5 8 4 1o 数据擦除效率分析6 1 4 10 1 磁盘的数据传输速率6 1 4 1o 2 提高擦除效率的方法。6 2 4 11 本章小结6 3 第五章测试及运行效果6 4 5 1 功能测试6 4 5 1 1测试工具6 5 5 2 性能测试6 6 5 2 1软硬件配置6 6 5 2 2测试工具6 7 5 2 3 测试结果6 7 5 3 运行效果展示6 8 5 4 测试总结7 1 第六章总结与展望7 2 6 1 总结7 2 6 2 展望7 2 墅贮谢7 4 参考文献7 5 在学期间取得的研究成果7 8 v i i 第一章引言 1 1 课题背景及意义 第一章引言 随着信息技术的高速发展，信息安全问题越来越突出，而数据安全是计算机 信息安全的核心。数据安全不仅包括数据加密、访问控制、备份与恢复等以保持 数据完整性为目的的诸多工作，也包括以完全破坏数据完整性为目的的数据销毁 工作n 1 。在许多企事业部门、保密部门、政府机构以及军方，大量的存储介质都存 储了很多机密数据，存储介质的报废或丢失可能会造成对数据的泄漏。很多人对 数据销毁存在误区，认为把文件删除或者把磁盘格式化数据就会彻底删除。事实 证明，对磁盘等磁介质进行格式化、摔碎、浸水等手段，通过数据恢复技术仍然 可以把数据找回。数据销毁是指将存储介质中的数据彻底删除，必要时销毁存储 介质，避免非法分子利用存储介质中的残留的数据信息恢复原始数据信息，从而 达到保护敏感数据的目的。 目前的存储介质中，磁盘和移动存储设备存储占主导地位，磁盘、u 盘和光 盘是电子信息存储的主要载体。 无论从磁盘存储机制看还是从磁盘的物理特性看，存储介质被擦除后都可能 留有一些物理特性使数据能够被重建，从而导致残留在其中的数据信息可能被攻 击者非法获取。存储介质中数据残留的原因通常主要有以下几方面： ( 1 ) 高级格式化操作不能彻底删除数据； ( 2 ) 删除操作不能真正擦除磁盘信息； ( 3 ) 数据备份会留下副本； ( 4 ) 页面调度策略导致内存数据残留； ( 5 ) 低级格式化仅一次填充，由于磁盘的剩磁效应乜1 ，覆盖数据不完全； u 盘是通过半导体电子元件来存储数据，不存在剩磁效应的问题，因此只要 把u 盘中的数据覆盖一次就可以彻底清除u 盘中的数据。相比磁盘和u 盘，光盘 的数据销毁工作变的更容易，由于光盘本身的脆弱性，加上一般不要求光盘重新 使用，对其进行物理销毁很容易，也最符合要求。 由此可见，研究磁介质数据销毁技术在政府、国防、军队等领域显得尤为重 要。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 研究课题领域现状 数据安全是信息安全中的重要研究内容之一，数据销毁是当前数据安全领域 中的最容易忽视的问题。目前关于安全删除磁盘信息的工具很多，但是效果比较 差，功能也很有限。下面就其做一个简要分析： 1 )目前网上流传的很多安全擦除工具，比如e r a s e ，文件粉碎机等，这些工 具都是针对文件系统的，如果在发送的指令的过程中，被隐藏的恶意程序截取到， 恶意程序将文件信息隐藏，使得操作系统无法看到，更无法删除文件信息。 2 ) 低级格式化工具。低级格式化实质是把硬盘存储区域全部写“0 ”覆盖一 次。据说美国军方可以在覆盖9 次后，仍然可以恢复原数据，俄罗斯可以恢复3 4 次覆盖前的数据，i b m 耗资6 亿美元的研究成果是可以恢复3 次覆盖前的数据， 这些涉及到国家机密，具体细节无法考究。但是日本对涉密磁盘介质要求必须低 级格式化9 次才可以重新使用，也充分说明了这一点【3 】。甚至，有资料称，即使磁 盘已改写1 2 次，但第一次写入的数据仍有可能复原。于是，按照目前的数据恢复 技术，很多人认为低格1 0 次或1 2 次以上是安全，其实这种认识也是错误的。即 使按照d o d5 2 2 0 2 2 m 【4 】标准( 该标准出台的时间比较长了) 看这种操作方法也是 不安全的，每次写入的数据都是一样的，仍然可以根据弱磁分析技术来恢复原有 的数据信息。 目前国内外的磁介质销毁技术大致分两类：硬销毁技术和软销毁技术。硬销 毁技术包括消磁技术、热销毁技术、物理销毁技术。软销毁技术为数据覆盖技术 也叫软件覆写技术。硬销毁技术会造成销毁后的存储介质不能重新使用，而软销 毁技术则能保证数据销毁后，存储介质继续使用。 软销毁技术实际上是由覆盖序列的选取和覆盖次数的多少决定的。目前国外 数据销毁的标准很多，有d o d5 2 2 0 2 2 m 简单擦除、d o d5 2 2 0 2 2 m 标准擦除、 g u 缸i l a l l l l 标型5 1 、r c m pt s s i to p s i i 标准【6 】等。比较权威的是d o d5 2 2 0 2 2 m 标 准擦除和g 咖a n n 标准。国内一直未出台数据覆盖的标准，直到近年来，国家保 密局才出台了检查数据是否销毁彻底的标准。d o d5 2 2 0 2 2 m 标准没有从理论上论 证7 次覆写标准的原因，也没有对其安全性做估计，有专家称，由于该标准对外 公布，给了别的国家或机构研究此标准的机会，而美国d o d 是否用此标准无法言 明。g u _ h n 锄标准虽然论证了其安全性，但是覆写次数达到3 5 次! 非常耗时。而 且其选用的覆写序列又有很多冗余。因此研究新的软销毁覆盖技术有非常大的意 义，具有广阔的空间。 2 一 第一章引言 目前的数据销毁软件都是对单机进行销毁，都不支持联网擦除。而且在对擦 除权限上没任何限制。设计多级别、可定义、安全数据销毁软件显得尤为重要。 目前市场上比较流行的数据销毁的产品如下： 1 北京嘉润天地科技有限公司的多功能销毁系统【刀。该系统采用了 d o d 5 2 2 0 2 2 m 标准，可以实现对硬盘某个分区、文件和目录的删除。具有灵活性， 擦除效率较高，可达4 g m i n 。但是不包含安全机制，不支持联网擦除，不支持整 盘擦除。 2 d c 8 2 0 0 e 数据销毁机【8 1 ，该产品由厦门美亚柏科资讯科技有限公司开发的。 该产品遵循的美国国防部d o d 的5 2 2 0 2 2 m 销毁标准，可同时擦除4 个u 盘中的 数据，可以擦除i d e 硬盘。由于该产品用的d o d 5 2 2 0 2 2 m 标准，该标准的可靠 性没有得到论证，有资料显示，被覆盖1 2 次后都可能被恢复。该产品只支持对1 块i d e 硬盘的擦除，不支持多块硬盘，不支持串口硬盘。 3 f i r e w 拍数据销毁机【9 】 该产品只内置了擦除一次和擦除多次两种模式。 该产品的优点是价格便宜，携带方便，缺点是不支持多块硬盘同时销毁。采 用的核心算法没有公开，无法判断其安全程度。 由此可见，不论是数据销毁系统还是数据销毁产品都采用的d o d 5 2 2 0 2 2 m 标准，核心算法的安全性有待于验证。目前的产品和系统都没有安全认证的机制， 任何人都可以使用。 1 3 作者的主要工作 在整个课题的研究过程中，作者主要提出了通用覆写理论并在此基础上设计 了新的软销毁覆盖方法s d m 软消磁方法，对其进行了分析，并与现有的软销毁方 法做出了对比，最后把该方法应用到数据销毁系统中。作者参与了基于网络安全 的数据销毁软件系统的需求分析、概要设计、部分详细设计、编码和测试工作。 1 4 本文的组织安排 本文基于教研室项目一数据销毁，是基于作者教研室和3 0 所合作的课题：该 项目分为三大部分：1 ) 新的数据销毁方法的研究与设计。2 ) 数据销毁软件系统 的设计与实现。3 ) 将软件内置于机柜，把消磁产品集成在内，开发带有软硬销毁 3 电子科技大学硕士学位论文 的数据销毁机。 本文一共分为六章。 第一章为引言。包括课题背景及意义、研究领域现状、作者的主要工作和本 文的各章节安排。 第二章是相关技术的研究和分析，首先介绍磁介质数据恢复技术，其次介绍 了国内外目前的磁介质销毁技术，最后介绍了磁盘的结构、逻辑结构和寻址方法。 第三章主要从磁介质的物理特性和磁盘的数据存储逻辑规则出发，提出通用 覆写理论并在此基础上设计了新的软销毁覆盖方法s d m 。首先介绍了磁介质设备 记录数据的原理，其次介绍了磁介质材料记录信息的局限性，再次介绍了现有了 数据覆盖标准，分析其优缺点，最后提出通用覆盖理论并设计新的销毁方法，通 过与同类覆写方法对比，并论证其优点。 第四章是多级别可定义安全数据销毁系统的设计。从整体构架、各模块关联、 流程控制、安全性设计、擦除效率等角度研究了系统从设计、开发、部署等步骤 的关键技术。 第五章是测试及运行效果展示，包括功能测试和性能测试及界面展示。 最后一章第六章是总结与展望。阐述了系统的不足之处以及系统的升级和发 展方向。 最后是参考文献和致谢。 4 第二章相关技术的研究和分析 第二章相关技术的研究和分析 本章为数据销毁的相关技术研究和分析。要研究数据销毁技术，首先必须研 究数据恢复技术，针对数据恢复技术的研究，才能把数据销毁做的更加全面，更 加彻底，销毁才更有意义。另外本文主要是针对磁介质数据销毁的技术的研究， 目前存储电子信息的磁介质主要为磁盘。所以必须了解磁盘的结构和寻址方法。 2 1磁介质数据恢复技术 数据恢复就是一个把异常数据还原为正常数据的过程【1 0 。数据恢复技术主要 针对已被破坏的数据采取各种手段将其复原或提取的技术，目的是在于恢复或提 取有价值、有意义的数据。这里主要讨论磁盘恢复技术。 2 1 1 常规数据恢复技术 常规的磁盘数据恢复技术主要是恢复由于系统或人工误操作，或者是系统高 级格式化，导致的数据文件丢失的情况。该情况下文件丢失的原因是系统分区表 中保存的指向数据文件区域的指针丢失，系统不能在系统运行正常的情况下通过 正常的系统调用获取数据区，而数据区并没有被删除或覆盖。数据恢复的方法是 恢复文件的分区表和文件系统，一般通过软件的方法就可以实现，具体体现为重 置活动分区，获得c h k 磁盘碎片文件，重新组成文件等一系列的操作。主要分为 主引导记录的恢复、分区的恢复和文件的恢复。目前常用的数据恢复软件有 e a s y r e c o v e 1 1 1 和f i i l a l d a t a 【1 2 1 恢复软件。 2 1 2 磁介质残留数据恢复技术 2 1 2 1 基于磁光克尔效应的激光扫描技术 该方法【1 3 】采用激光束对磁介质表面进行扫描，根据磁光克尔效应原理，磁表 面记录的数据不同，磁场强度也不同，相应的数据信号强度也不同，最终通过的 激光束信号也不同，把这些信息保存在计算机当中，通过专门的算法分析，就可 以恢复原来的数据。该方法计算量惊人，耗时非常久，成本惊人。磁光克尔效应 电子科技大学硕士学位论文 由于技术上的限制生产出来的产品只可操作软盘这种低容量的磁存储介质，由于 软盘现阶段基本已经淘汰，该方法不做过多的说明。 2 1 2 2 磁力显微镜技术 磁力显微镜技术( m a 弘e t i cf o r c em i c r o s c o p y ，m f m ) 1 4 ，1 5 1 从扫描探针显微镜发 展而来，采用一个尖锐的磁性探针来接近被分析的磁介质表面，通过探针和磁介 质表面的采样点的磁场作用，就可以生成高分辨率的磁化区域图像。该力的大小 是通过光学干涉仪器或隧道效应传感器对探针悬臂垂直位置测量得到的。通过对 探针的来回水平移动，就可以得到磁化区域的图片。通过图像特征和相应推理算 法就可以恢复原来的数据内容。m f m 技术不仅可以用来恢复数据，也可以用来判 断销毁数据的彻底性。该技术具有不破坏磁介质的优点，目前为擦磁介质的主流 恢复工具。 2 1 2 3 扫描隧道显微镜技术 扫描隧道显微镜( s c a n l l i n gn l i l l l e l i n gm i c r o s c o p y ，s t m ) 【1 6 】是比磁力显微镜 更先进的技术，该技术的原理是先向被检测的磁化区域表面放置一些纯镍材料， 基于量子力学的隧道效应，通过探针与磁介质表面之间保持一定的微小的直流电 势来测量产生的电流，通过调整探针和磁力材料的垂直距离来保持电流的恒定。 这样就可以得到磁力梯度的图片，通过磁力梯度就可以恢复数据。同样，该技术 也可以作为检测销毁数据是否彻底的工具。 2 2 磁介质销毁技术 目前国外的磁介质销毁技术大致分两类：硬销毁技术和软销毁技术。硬销技 技术包括消磁技术、热销毁技术、物理销毁技术。软销毁技术为数据覆盖技术。 2 2 1 消磁技术 该节主要介绍消磁的基本原理和消磁机的工作原理。 2 2 1 1 消磁的基本原理 在正常状态下，磁存储介质中的磁性颗粒按一定规则排列，不同的排列方向 代表存储不同的数据。消磁的本质是对存储介质加瞬间强磁场，当该磁场强度大 于使得磁存储介质消磁的磁场强度的界限时，磁性存储介质的磁性颗粒的磁化方 6 第二章相关技术的研究和分析 向就同外加强磁场的方向一致，该强磁场使得磁性材料达到饱和磁化强度，所以 撤销磁场后，磁性颗粒的方向就永久的发生改变了。如果磁性颗粒原来的磁化方 向与外加强磁场的方向不一致，就会发生磁通翻转，打乱了原顺序，从而实现了 磁性存储介质消磁的目的。 2 2 1 2 消磁器工作原理 消磁器从工作原理上分为直流消磁器和交流消磁器两种。 直流消磁器【1 7 】的磁场源可通过在线圈中通入直流电或采用永磁材料形成。近 年来，随着高性能永磁材料的发展，永磁直流消磁设备的应用日益广泛。当待消磁 的磁记录介质通过一个足够强的直流磁场时，整个记录介质将被单向饱和磁化， 这时介质上所有区域的剩磁方向均趋于一致，从而使原有的记录信息完全消失。这 种方法虽然不能达到真正意义上的彻底消磁，但同样可以达到消除记录信息的目 的。永磁直流消磁法的优点是设备比较简单，体积小，成本较低，使用方便，并且 不需要使用电源，特别适合于流动场所使用。但直流消磁的消磁效果一般不及交流 消磁，并且容易产生直流噪声。 交流电消磁器 1 8 】采用有源的方式，使用空心螺线管，在线圈中通入交流电， 就会产生交流磁场即外加磁场。由于外加磁场强度跟线圈通过的电流强度成正比， 跟线圈的匝数成正比，所以产生较大的磁场强度就必须保证螺线管线圈匝数和通 过大的电流。当磁记录介质通过外加磁场时，由强到弱的交变磁场会反复作用于 介质上的磁化区域，逐渐完成消磁过程，磁介质记录最后回归磁中性状态。交流 电消磁器的优点是可以使用很高的外加磁场强度，消磁彻底。但也存在需要外接 电源、操作维护复杂、成本高等特点。 2 2 2 热销毁技术 铁磁性或亚铁磁性材料都存在一个居里温度【1 9 1 。当磁性材料高于这个居里温 度时，自发磁化强度为零，磁性材料转变为无序的顺磁状态。热消磁技术基于磁 性材料的居里温度的特性，通过某种途径，使磁性材料的温度升至该磁性材料的 居里温度以上，磁介质会失去磁性，达到破坏磁介质中磁性颗粒的有序排列规则。 当温度降至居里温度以下时，磁性颗粒的磁场已经被破坏，不会恢复，从而实现 销毁数据的目的。 热消磁技术的优点是消磁速度快。缺点是需要的温度较高，硬件成本比较高， 磁盘的容量不同，居里点也不同，国内还没有热消磁的产品和设备。 7 电子科技大学硕士学位论文 2 2 3 物理销毁技术 物理销毁技术【2 0 】是通过外力作用对磁盘彻底毁坏，主要手段有：化学腐蚀， 使用浓缩氢碘酸溶解磁盘表面的氧化铁颗粒；在销毁设备中粉碎、硬盘回炉；使 用研磨剂进行研磨；外力破损等方法。销毁的彻底性、取决于破坏的程度。优点： 适用范围广泛，可用于各种存储介质。缺点：费时、费力、转化成产品代价高。 目前还没有相关产品。 2 2 4 软销毁技术 软销毁技术是通过软件的方法删除或覆盖磁盘上的数据，主要包括常规删除 方法和数据覆盖方法。常规删除方法主要包含高级格式化和文件粉碎。数据覆盖 方法采用特定的覆写规则和覆写序列，覆盖磁盘上原有的信息，从而达到销毁原 信息的目的。该技术的优点是成本低，代价小，销毁后磁盘还能继续使用。缺点 是安全性比较低，常规删除文件会找马上恢复，数据覆盖技术由于存在剩磁效应， 覆盖一次并不能将数据彻底销毁。 2 2 4 1 常规d e l e t e 删除和文件粉碎 在w i n d o w s 系统中，系统带有d e l e t e 删除功能，用户选中数据文件后，按d e l e t e 键就可以删除文件，这时要删除的文件都被放入回收站中，如果想彻底删除， w i n d o w s 提供s 1 1 i 斛d e l e t e 功能，该功能是目前绝大多数用户使用的彻底删除文件 的方法。该方法的主要目的是让用户删除一些文件，腾出磁盘空间。该方法的原 理是在分区表中把记录的文件指针项置空，使得系统无法找到文件，而数据文件 却完好无损，该方法删除的文件很容易被恢复，目前常用的数据恢复软件都可以 实现此功能。磁盘的高级格式化技术同样也是对文件系统的分区表做一个调整， 而数据部分完全没有被擦除，所以格式化后仍然可以通过数据恢复软件来恢复。 文件粉碎是针对d e l e t e 删除和格式化的缺陷作出了改进，文件粉碎的原理是， 在d e l e t e 删除的基础上，把文件的数据区域也删除，删除的方法就是把这块区域 覆盖掉。遗憾的是，目前大多数文件粉碎的工具并不能做至0 这点，它们只是把磁 盘上某个空间填充上数据，让原文件指针指向该空间而已。 2 2 4 2 软销毁的数据覆盖技术 由上可知，常规的d e l e t e 删除和文件粉碎不能从根本上解决数据销毁的问题， 于是产生了数据覆盖技术。数据覆盖技术的原理非常简单，就是把磁盘上的数据 8 第二章相关技术的研究和分析 用新的数据覆盖从而把原数据从磁盘上擦除。目前，主流的覆盖标准有全零覆写 标准、d o d 5 2 2 0 2 2 一m 简单覆写标准、d o d 5 2 2 0 2 2 m 7 次擦除标准、r c m pt s s r r o p s - i i 标准和g u 乜i l 锄标准。不同的标准要求的覆写次数不同，覆写次数越多， 销毁越彻底。 2 3 磁盘的物理结构 磁盘的物理结构主要由磁头驱动器、磁头、盘片和印制电路板及相关组件组 成【l o 】。印制电路板组件主要为半导体集成电路的元器件，负责处理各种信号。磁 盘主要靠盘片的磁性介质材料来存储信息的。磁性介质材料用来记录信息之前必 须先进行格式化，把盘体划分成磁道、柱面和扇区。 2 3 1 盘面 磁盘的每个盘片都有上、下两个面组成，每个面都称为盘面【2 1 】。每个盘面都 可以记录数据信息。一般情况下，把记录信息的盘面编号，编号顺序为从上到下， 从o 开始。每个盘面都对应着一个读写磁头，因此盘面号也叫磁头号。 2 3 2 磁道 在对磁盘进行低级格式化时，盘片的盘面被划分成许多同心圆，这些同心圆 称为磁道。通俗的说，磁道就是磁盘上一个面的数据存储圆圈。数据是以脉冲的 形式存储在这些圆圈中。磁道一般从外到内顺序编号，编号一般从o 开始。每个 盘面有3 0 0 到1 0 2 4 个磁道不定。对于容量比较大的磁盘，每个盘片的磁道数会更 多。磁道并不是连续的存储信息，每个磁道都被划分成一段段的圆弧。每个圆弧 中的数据作为一个整体的读写单元。 2 3 3 柱面 磁盘所有盘面都被划分相同的磁道数。具有相同的编号的磁道构成一个圆柱， 通常称作柱面。每个柱面上的磁头一般从上到下顺序编号。编号顺序一般从“0 ” 开始。因为切换磁头是进行电子切换，而柱面的改变则必须通过机械切换才能够 完成，所以磁头存取数据会优先选择同一柱面，从“o 磁头开始读取或写入，当 存取完成一个磁道后，就往相同柱面的不同的盘片上进行存取操作阱1 。只有当同 9 电子科技大学硕士学位论文 一柱面所有的磁头全部读写完成后，磁头才经过机械切换移到下一柱面。由此可 见，读写数据是按柱面进行的，而不按盘面进行的。当一个磁道读完或写满数据 后，转移到同一柱面的下一个盘面来写，该柱面读完或写满后，才移到下一个柱 面读写。很显然采用这样读写方式磁盘的读写效率更高。 磁盘的柱面数是由磁道的宽度和磁道之间的间距决定的。磁道的宽度越大， 磁道之间的间距越小，柱面数就越多。 2 3 4 扇区 磁道被划分成许多有间隔的圆弧段称为扇区。从1 开始对扇区进行编号。一 个磁道划分为6 3 个扇区，每个扇区一般为5 1 2 个字节。扇区由两部分组成，扇区 位置标识符和数据信息。扇区位置标识符由磁头、磁道和