recover.NTFS.basic

файловая система NTFS извне и изнутри

крис касперски

«Покажи мне свои структуры данных – и я скажу кто ты!»

народная программистская мудрость

в этой статье ### главе мы рассмотрим основные структуры данных файловой системы NTFS, определяющие ее суть – главную файловую запись MFT, файловые записи FILE Record, последовательности обновления (update sequence или fix-ups), атрибуты (так же называемые потоками – streams) и списки отрезков (run-lists).

без этих знаний осмысленная работа с редактором диска и ручное/полуавтоматическое восстановление данных просто невозможны!

Файловую систему NTFS принято описывать как сложную реляционную базу данных, обескураживающую грандиозностью своего архитектурного замысла не одно поколение начинающих исследователей. NTFS похожа на огромный, окутанный мраком, лабиринт, в котором очень легко заблудиться. Хакеры давно разобрались с основными структурами данных, осветив магистральные коридоры лабиринта светом множества факелов. Боковые ответвления разведаны намного хуже и все еще находятся по власти Тьмы, хранящей множество смертоносных ловушек, ждущих своих исследователей. В общем, если NTFS-«читалку» можно запрограммировать буквально за один вечер (с отладкой!), писать на NTFS-тома еще никто не рисковал. ###альтернативный вариант### …от магистральных коридоров лабиринта, ярко освещенных светов настенных факелов (и подсознательно ассоциируемых с хорошо исследованными структурами данных), отходит большое количество побочных ответвлений, освещенных значительно хуже (если освещенных вообще) и хранящих большое количество смертоносных ловушек (соответствующим особым случаям обработки казалось бы хорошо знакомых структур данных) ###.

К счастью, никто не требует от нас написания полноценного NTFS-драйвера! Наша задача значительно скромнее – вернуть разрушенный том в операбельное состояние, пригодное для восприятия операционной системой (задача максимум) или извлечь из него все ценные файлы (задача минимум). Вникать в структуру журналов транзакций, дескрипторов безопасности, двоичных деревьев индексаций для этого совершенно необязательно! Реально нам потребуется разобраться лишь с устройством главной файловой записи – MFT и нескольких дочерних подструктур.

Основным источником данных по NTFS служат:

а) книга Хелен Кастер (Helen Custer, часто сокращаемая до просто «Helen») «Inside the Windows NT file system» (в русском издании она входит в состав «Основы Windows NT и NTFS»), подробно описывающая концепции файловой системы и дающая о ней общее представление. К сожалению, все объяснения ведутся на абстрактном уровне без указания конкретных числовых значений, смещений и структур. К тому же, в операционных системах Windows 2000 и Windows XP с файловой системой произошли значительные изменения, никак не отраженные в книге. Если не найдете эту книгу в магазинах – ищите ее в файлообменных сетях. В них есть все! (Например, воспользуйтесь «Ослом» – www.eMule.ru).

б) хакерская документация от коллектива «Linux-NTFS Project» (http://linux-ntfs.sourceforge.net/), чьим хобби долгое время была разработка независимого NTFS-драйвера для OS Linux, однако, сейчас энтузиазм команды начал стремительно угасать. Это выдающееся творение, подробно описывающее все ключевые структуры файловой системы (естественно, на английском языке), отнюдь не заменяет книгу Хелен, а лишь расширяет ее! Разобраться в NTFS-project'e без знаний NTFS очень и очень непросто!

в) документация от Active Data Recovery Software на утилиту ActiveUneraser, бесплатную копию которой можно найти на сайте www.NTFS.com. Это своеобразный синтез книги Хелен и Linux-NTFS Project, описывающий важнейшие структуры данных и обходящий стороной все вопросы, которые только можно обойти. Здесь же можно найти до предела выхолощенное изложение методики восстановления данных. В общем, если не найдете Хелен, скачайте демонстрационную версию Active Uneraser и воспользуйтесь прилагаемой к нею документацией (внимание! Active Uneraser поставляется в двух вариантах – образе FDD и образе CD, документация присутствует только на последнем из них).

г) контекстная помощь на Disk Explorer так же содержит достаточно подробное описание файловой системы, однако, на редкость бестолково организованное. Для упрощения навигации по тексту рекомендуется декомпилировать chm-файл в обычный текст, вручную перегнав его в MS Word, pdf или любой другой симпатичный вам формат.

Наконец, вы можете воспользоваться этой статьей ### ;) Однако, наличие документации Linux-NTFS Project все же очень желательно, поскольку мы будем часто ссылаться на нее.

Служебные структуры файловой системы NTFS не остаются постоянными, а слегка меняются от одной версии Windows NT к другой (см. таблицу 1). Этот факт следует принять во внимание при использовании автоматизированных «докторов». Попав на более свежую версию NTFS, «доктор», не оснащенный мощным AI, может запутаться в измененных структурах и разрушить вполне здоровый том.

версия NTFSоперационная системаусловное обрзначение
1.2Windows NTNT
3.0Windows 2000W2K
3.1Windows XPXP

Таблица 1 определение версии NTFS по операционной системе

Как быстро узнать тип текущего раздела – FAT или NTFS? Да очень просто – достаточно попробовать создать в его корневом каталоге файл $mft – если он будет создан успешно, то это FAT и, соответственно, наоборот.Если файл $Extend будет создан успешно, то версия файловой системы 3.0 или выше.

Основным структурным элементом всякой файловой системы является том (volume), в случае с FAT совпадающий с разделом (partition), о котором мы говорили в прошлой статье(см. «Системный администратор» N10 за 2004 год) ### главе. NTFS поддерживает тома, состоящие из нескольких разделов. Подробнее схему отображения томов на разделы мы обсудим в следующей главе ### статье этого цикла, а пока же будем для простоты считать, что том представляет собой отформатированный раздел (т. е. раздел, содержащий служебные структуры файловой системы).

Рисунок 1 обычный (слева) и разряженный (справа) тома

Большинство файловых систем трактуют том как совокупность файлов, свободного дискового пространства и служебных структур файловой системы, но в NTFSвсе служебные структуры представлены файлами, которые (как и это и положено файлу) могут находится в любом месте тома, при необходимости фрагментируя себя на несколько частей.

Самым главным служебным файлом является $MFT MasterFileTable(Главная Файловая Таблица) – своеобразная база данных, хранящая информацию обо всех файлах тома – их именах, атрибутах, способе и порядке размещения на диске (каталог так же является файлом особого типа, со списком принадлежащих ему файлов и подкаталогов внутри). Важно подчеркнуть, что в MFT присутствуют все файлы, находящиеся во всех подкаталогах тома, поэтому для восстановления диска наличия $MTF-файла будет вполне достаточно.

Остальные служебные файлы (кстати говоря, называемые метафайлами или метаданными – metafile/metadata соответственно и всегда предваряются знаком доллара '$') носят сугубо вспомогательный характер, интересный только самой файловой системе. К ним в первую очередь относится: $LogFile – файл транзакций, $Bitmap – карта свободного/занятого пространства, $BadClust – перечень плохих кластеров и т. д. Подробнее см. «назначение некоторых служебных файлов». Текущие версии Windows блокируют доступ к служебным файлам с прикладного уровня (даже с правами администратора!) и всякая попытка открытия/создания такого файла в корневом каталоге обречена на неуспех.

Классическое определение, данное в учебниках информатики, отождествляет файл с именованной записью на диске. Большинство файловых систем добавляет к этому понятие атрибута (attribute) – некоторой вспомогательной характеристики, описывающей время создания, права доступа и т. д. В NTFS имя файла, данные файла и его атрибуты полностью уравнены в правах. Можно сказать, что всякий NTFS-файл представляет собой совокупность атрибутов, каждый из которых хранится как отдельный поток (streams) байтов, поэтому во избежании путаницы, атрибуты, хранящие данные файла, часто называют потоками.

Каждый атрибут состоит из тела (body) и заголовка (header). Атрибуты делятся на резидентные (resident) и нерезидентные (non-resident). Резидентные атрибуты хранятся непосредственно в $MTF, что существенно уменьшает грануляцию дискового пространства и сокращает время доступа. Нерезидентные – хранят в $MTF лишь свой заголовок, описывающий порядок размещения атрибута на диске (см. «списки отрезков»)

Назначение атрибута определяется его типом (type) – четырехбайтовым шестнадцатеричным значением. При желании атрибуту можно дать еще и имя (name), состоящее из символов, входящих в соответствующее пространство имен (см. «пространства имен»). Подавляющее большинство файлов имеет по меньшей мере три атрибута: стандартная информация о файле (время создания, модификации, последнего доступа, правда доступа и т. д.) хранится в атрибуте типа 10h, условно обозначаемым $STANDARD_INFORMATION. Ранние версии Windows NT позволяли обращаться к атрибутам по их условным обозначениям, однако, Windows 2000 и Windows XP лишены этой возможности. Полное имя файла (не путать с путем!) хранится в атрибуте типа 30h ($FILE_NAME). Если у файла есть одно или более альтернативных имен (например, MS-DOS имя), таких атрибутов может быть и несколько (см. «типы атрибутов»). Здесь же хранится ссылка (filereference) на материнский каталог, позволяющая разобраться к какому каталогу данный файл/подкаталог принадлежит. Данные файла по умолчанию хранятся в безымянном атрибуте типа 80h ($DATA), однако, при желании прикладные приложения могут создавать дополнительные потоки данных, отделяя имя атрибута от имени файла знаком двоеточия (например, «ECHO xxx > file:attr1; ECHO yyy > file:attr2; more < file:attr1; more  < file:attr2»).

Изначально в NTFS была заложена способность индексации любых атрибутов, значительно сокращающая время поиска файла по заданному списку критериев (например, времени последнего доступа). Внутренне индексы хранятся в виде двоичных деревьев, поэтому среднее время выполнения запроса оценивается как O(lg n). Однако, в текущих NTFS-драйверах реализована индексация лишь по одному атрибуту – имени файла. Как уже говорилось выше, каталог представляет собой особенный файл – файл индексов (INDEX). В отличии от FAT, где файл каталога представляет единственный источник данных об организации файлов, в NTFS файл каталога используется лишь для ускорения доступа к содержимому директории и не является обязательным, поскольку ссылка на материнский каталог всякого файла в обязательном порядке присутствует в атрибуте его имени ($FILE_NAME).

Каждый атрибут может быть зашифрован, разряжен или сжат. Однако, техника работы с такими атрибутами далеко выходит за рамки первичного знакомства с организацией файловой системы и будет рассмотрена позднее. А пока же мы углубимся в изучение фундамента файловой системы – структуры $MFT.

В процессе форматирования логического раздела, в его начале создается так называемая MTF-зона (MFT-zone), по умолчанию занимающая 12.5% от емкости тома (а вовсе не 12%, как утверждается во многих публикациях), хотя в зависимости от значения от параметра NtfsMftZoneReservation она может составлять 25%, 37% или 50%.

В этой области расположен $MFT-файл, изначально занимающий порядка 64 секторов и растущий от начала MFT-зоны к ее концу по мере создания новых пользовательских файлов/подкаталогов. Таким образом, чем больше файлов содержаться на дисковом томе, тем больше размер MTF. Приблизительный размер MFT-файла можно оценить по следующей формуле: sizeof(FILE Record) N Files, где sizeof(FILE Record) обычно равен 1 Кбайт, а N Files – полное количество файлов/подканалов раздела, включая недавно удаленные.

Для предотвращения фрагментации $MFT-файла, MFT-зонаудержится зарезервированной вплоть до полного исчерпания свободного пространства тома, затем незадействованный «хвост» MFT-зоны усекается в два раза, освобождая место для пользовательских файлов. Этот процесс может повторяться многократно, вплоть до полной отдачи всего зарезервированного пространства. Решение красивое, хотя и не новое. Многие их файловых систем восьмидесятых позволяли резервировать заданное дисковое пространство в хвосте активных файлов, тем самым сокращая их фрагментацию (причем, любых файлов, а не только служебных). В частности, такая способность была у DOS 3.0, разработанной для персональных компьютерах типа Агат. Может кто помнит такую машину?

Когда $MFT-файл достигает границ MFT-зоны, в ходе своего последующего роста он неизбежно фрагментируется, вызывая обвальное падение производительности файловой системы, причем подавляющее большинство дефрагментатов $MFT-файл не обрабатывают! А ведь API дефрагментации, встроенное в штатный NTFS-драйвер это в принципе позволяет! Подробности (вместе с самой утилитой дефрагментации) можно найти на сайте Марка Руссиновича. Но, как бы там ни было, заполнять дисковый том более чем на 88% его емкости категорически не рекомендуется!

При необходимости, $MFT-файл может быть перемещен в любую часть диска и тогда в начале тома его уже не окажется. Стартовый адрес $MFT-файла хранится в Boot-секторе по смещению 30h байт от его начала (см. «boot-сектор», описанный в предыдущей статье данного цикла) и в подавляющем большинстве случаев этот адрес ссылается на 4й кластер.

Рисунок 2 структура дискового тома под NTFS

$MFT-файл представляет собой массив записей типа FILE Record (или в терминологии UNIX – inodes), каждая из которых описывает соответствующий ей файл или подкаталог (подробнее см. «файловые записи»). В подавляющем большинстве случаев один файл/подкаталог полностью описывается одной-единственной записью FILE Record, хотя теоретически, этих записей может потребоваться и несколько.

Для ссылки на одну файловую запись из другой используется ее порядковый номер (он же индекс) в $MFT файле, отсчитываемый от нуля. Файловая ссылка (file reference) состоит из двух частей(см. таблицу 2) – 48-битного индекса и 16-битного номера последовательности (sequence number).

При удалении файла/каталога соответствующая ему файловая последовательность помечается как неиспользуемая. При создании новых файлов, записи, помеченные как неиспользуемые, могут задействоваться вновь, при этом счетчик номера последовательности, хранящийся внутри файловой записи, увеличивается на единицу. Этот механизм позволяет отслеживать «мертвые» ссылки на уже удаленные файлы – очевидно, sequence number внутри file reference будет отличается от номера последовательности соответствующей файловой записи (этой проверкой занимается утилита chkdsk и автоматически, насколько мне известно, она не выполняется).

смещениеразмерописание
00h6индекс файловой записи (FILE record number), отсчитываемый от нуля
06h2номер последовательности (sequence number)

Таблица 2 структура файловой ссылки (file reference)

Первые 12 записей в MFT всегда занимают служебные метафайлы: $MFT (собственно, сам $MFT), $MFTMirr (зеркало $MFT), $LogFile (файл транзакций), $Volume (сведения о дисковом томе), $AttrDef (определенные атрибуты), '.' (корневой каталог), $Bitmap (карта свободного пространства), $Boot (системный загрузчик), $BadClus (перечень плохих кластеров) и т. д. Подробнее см. таблицу 11.

Первый четыре записи настолько важны, что продублированы в специальном $MFTMirr-файле, находящимся приблизительно посередине диска (точное расположение хранится в boot-секторе по смещению 38h байт от его начала). Вопреки своему названию, $MFTMirr это отнюдь не зеркало всего $MFT-файла, это всего лишь копия первых четырех элементов.

Записи с 12 по 15 помечены как используемые, но в действительности же они пусты (как нетрудно догадаться это задел на будущее). Записи с 16 по 23 не задействованы и честно помечены как неиспользуемые.

Начиная с 24 записи располагаются пользовательские файлы и каталоги. Четыре метафайла, появившихся в W2K – $ObjId, $Quota, $Reparse и $UsnJrnl – могут располагаться в любой записи, номер которой равен 24 или больше (как мы помним, номера файловых записей отсчитываются, начиная с нуля).

Для знакомства с MFT запустим DiskExplorer от Runtime Software, не забывая о том, что он требует прав администратора, в меню «File» найдем пункт «Drive» и в открывшемся диалоговом окне выберем логический диск, который мы хотим редактировать. Затем в меню «Goto» выберем пункт «Mft», заставляя DiskExplorer перейти к MFT, автоматически меняя режим отображения на наиболее естественный (см. рис. 3). Как вариант можно нажать <F6> (View as File Entry) и промотать несколько первых секторов клавишей <Page Down>.

Для каждого из файлов DiskExplorer сообщает:

1) номер сектора, к которому данная файловая запись принадлежит (обратите внимание, что номера секторов монотонно увеличиваются на 2, подтверждая тот факт, что размер одной файловой записи равен 1 Кбайту, однако, вы можете столкнуться и с другими значениями). Для удобства информация отображается сразу в двух системах исчисления – шестнадцатеричной и десятичной;

2) основное имя файла/каталога (т.е. имя файла из заголовка файловой записи, некоторые файлы имеют несколько альтернативных имен, подробнее см. «атрибуты»). Если имя файла/каталога зачеркнуто, значит он был удален, но соответствующая ему файловая запись все еще цела. Чтобы извлечь файл с диска (не важно удаленный или нет) подведите к нему курсор и нажните <Ctrl-T> для просмотра его содержимого в шестнадцатеричном виде или <Ctrl-S> для сохранения файла на диск. Тоже самое можно сделать и через контекстное меню (раздел «recovery»).При нажатии на <Ctrl-C> в буфер обмена копируется последовательность кластеров, занятых файлом (например, «DISKEXPL:K:1034240-1034240»).

3) тип файловой записи – файл это или каталог?

4) атрибуты файла/каталога – a =архивный файл, r = только на чтение, h = скрытый, s = системный, l = метка тома, d = каталог, c = сжатый файл;

5) размер файла в байтах в десятичной системе исчисления (не для каталогов!);

6) дату и время модификации файла/каталога;

7) номер первого кластера файла/каталога (или «resident» для полностью резидентных файлов/каталогов);

8) перечень типов NTFS-атрибутов, имеющихся у файла/каталога, записанных в шестнадцатеричной нотации (обычно эта строка имеет вид 10 30 80 – атрибут стандартной информации, атрибут имени и атрибут данных файла, подробнее см. «типы атрибутов»);

9) индекс файловой записи в MFT, выраженный в шестнадцатеричной и десятичной системах исчисления и следующий за словом «No:» (cсокращение от Number – номер);

10) индекс файловой записи материнского каталога, выраженный в шестнадцатеричной и десятичной системах исчисления (5h – если файл принадлежит к корневому каталогу). Для быстрого перемещения по файловым записям выберите в меню «Goto» пункт «Mft no» и введите требуемый индекс в шестнадцатеричной или десятичной форме;

11) для нерезидентных файлов/каталогов – перечень кластеров, занятых файлов в не декодированном виде (а зря – могли бы и декодировать!). Схема кодирования кластеров подробно описана в «списки отрезков».

Прежде чем продолжать чтение статьи, попробуйте поэкспериментировать в MFT файлами (особенно фрагментированными). Посмотрите как создаются и удаляются записи из MFT. Лучше всего это делать на диске, содержащим небольшое количество файлов/каталогов. Чтобы не форматировать логический диск, создайте виртуальный (благо количество оперативной памяти современных компьютеров это позволяет).

Рисунок 3 DiskExplorer отображает главную файловую запись в естественном виде

Благодаря наличию Disk Explorer'а от Runtime Software с файловыми записями практически никогда не приходится работать вручную, тем не менее знание их структуры нам не помешает.

Структурно файловая запись состоит из заголовка (header) и одного или нескольких атрибутов(attribute) произвольной длинны, завершаемых маркером конца (end marker) – четырехбайтовым шестнадцатеричным значением FFFFFFFFh (см. листинг 1). Несмотря на то, что количество и длина атрибутов меняется от одной файловой записи к другой, размер самой структуры FILE Recordстрого фиксирован и в больше случаев равен 1 Кбайту (это значение храниться в $boot-файле, не путать с boot-сектором!). Причем, первый байт файловой записи всегда совпадает с началом сектора.

Если реальная длина атрибутов меньше размеров файловой записи, ее хвост просто не используется. Если же атрибуты не вмещаются в отведенное им пространство, создается дополнительная файловая запись (extra FILE Record), ссылающаяся на свою предшественницу.

FILE Record

Header; заголовок

Attribute 1; атрибут 1

Attribute 2; атрибут 2

… ; …

Attribute N; атрибут N

End Marker (FFFFFFFFh); маркер конца

Листинг 1 структура файловой записи

Первые четыре байта заголовка оккупированы магической последовательностью «FILE», сигнализирующей о том, что мы имеем дело с файловой записью типа FILE Record. При восстановлении сильно фрагментированного $MFT файла это обстоятельство играет решающую роль, поскольку позволяет отличить сектора, принадлежащие MFT,от всех остальных секторов.

Следом за сигнатурой идет 16-разрядный указатель, содержащий смещение последовательности обновления (update sequence, см. «последовательности обновления»). Под «указателем» здесь и до конца раздела подразумевается смещение от начала сектора, отсчитываемое от нуля и выраженное в байтах. В NT и W2K это поле всегда равно 002Ah, поэтому для поиска файловых записей можно использовать сигнатуру «FILE*\x00», что уменьшает вероятность ложных срабатываний. Правда, в XP и более старших системах, последовательность обновления хранится по смещению 002Dh и поэтому сигнатура приобретает следующий вид «FILE-\x00».

Размер заголовка (кстати сказать, варьирующийся от одной операционной системы к другой) в явном виде нигде не хранится, вместо этого в заголовке присутствует указатель на первый атрибут, содержащий его смещение в байтах относительно начала FILE Record, расположенный по смещению 14h байт от начла сектора. Смещения последующих атрибутов (если они есть) определяются путем сложения размеров всех предыдущих атрибутов (размер каждого из атрибутов содержится в его заголовке) со смещением первого атрибута. За концом последнего атрибута находится маркер конца – FFFFFFFFh.

В добавок к этому длина файловой записи хранится в двух полях – 32-разрядное поле реального размера (real size), находящееся по смещению 18h байт от началасектора, содержит совокупный размер заголовка, всех его атрибутов и маркера конца, округленный по 8 байтной границе. 32-разрядное поле выделенного размера (allocated size), находящееся по смещению 1Сh байт от начала сектора,содержит действительный размер файловой записи в байтах, округленный по размеру сектора. Документация Linux-NTFS Project (версия 0.4) утверждает, что allocated size должен быть кратен размеру кластера, однако, в действительности это не так. В частности, на моей машине, allocated size равен четвертинке кластера.

16-разрядное поле флагов, находящееся по смещению 16h байт от началасектора, в подавляющем большинстве случаев принимает одно из трех следующих значений: 00h – данная файловая запись не используется или ассоциированный с ней файл/каталог удален, 01h – файловая запись используется и описывает файл, 02h – файловая запись используется и описывает каталог.

64-разрядное поле, находящееся по смещению 20h байт от начала сектора содержит индекс базовой файловой записи. Для первой файловой записи это поле всегда равно нулю, а для всех последующих, расширенных (extra) записей – индексу первой файловой записи. Расширенные файловые записи могут находится в любых частях MFT, не обязательно рядом с основной записью. А коль скоро так, необходим какой-то механизм, обеспечивающий быстрый поиск расширенных файловых записей, принадлежащих данному файлу (просматривать весь MFT целиком не предлагать). И этот механизм основан на ведении списков атрибутов $ATTRIBUTE_LIST. Список атрибутов представляет собой специальный атрибут, добавляемый к первой файловой записи и содержащий индексы расширенных записей. Формат списка атрибутов приведен в разделе «типы атрибутов».

Остальные поля заголовка файловой записи не столь важны и поэтому здесь не рассматриваются. При необходимости обращайтесь к документации «Linux-NTFS Project».

смещениеразмерОСописание
00h4любая сигнатура (magic number) 'FILE'
04h2любая смещение номера последовательности обновления (update sequence number)
06h2любаяразмер в словах номера последовательности обновления и массива обновления (Update Sequence Number & Array), условно (S)
08h8любая номер последовательности файла транзакций ($LogFile Sequence Number или сокращенно LSN)
10h2любая номер последовательности (sequence number)
12h2любая счетчик жестких ссылок (hard link)
14h2любая смещение первого атрибута (attribute)
16h2любая флаги (flags)
значениеописание
0x00файловая запись не используется
0x01 файловая запись используется и описывает файл (file)
0x02 файловая запись используется и описывает каталог (directory)
0x04только Бил Гейтс знает
0x08только Бил Гейтс знает
18h4любая реальный размер (real size) файловой записи
1Ch4любая выделенный размер (allocated size) файловой записи
20h8любая ссылка (file reference) на базовую файловую запись (base FILE record) или ноль, если данная файловая запись базовая
28h2любая идентификатор следующего атрибута (next attribute ID)
2Ah2XPдля выравнивания
2Ch4XP индекс данной файловой записи (number of this MFT record)
2любая номер последовательности обновления (update sequence number)
2S-2любая массив последовательности обновления (update sequence array)

Таблица 3 структура заголовка файловой записи (FILE Record)

Будучи очень важными компонентами файловой системы, $MFT, INDEX и $LogFile нуждаются в механизме контроля целостности своего содержимого. Традиционно для этого используется ECC/EDC-коды, однако, во времена проектирования NTFS процессоры были не настолько быстрыми как теперь и расчет корректирующих кодов занимал значительное время, существенно снижающее производительность файловой системы. Поэтому, от них пришлось отказаться. Вместо этого, разработчики NTFS применили так называемые последовательности обновления (update sequence), так же называемые fix-up'ами.

В конец каждого из секторов, слагающих файловую запись (INDEX Record, RCRD Record или RSTR Record) записывается специальный 16-байтовый номер последовательности обновления (update sequence number), дублируемый в заголовке файловой записи. При каждой операции чтения два последних байта сектора сверяется с соответствующим полем заголовка и, если NTFS-драйвер обнаруживает расхождение, данная файловая запись считается недействительной.

Основное назначение последовательностей обновления – защита от «обрыва записи». Если в процессе записи сектора на диск, исчезнет питающее напряжение, может случиться так, что половина файловой записи будет успешно записана, а половина – сохранит прежнее содержимое (файловая запись, как мы помним, обычно состоит из двух секторов). После восстановления питания, драйвер файловой системы не может уверенно сказать – была ли файловая запись записана целиком или нет. Вот тут-то последовательности обновления и выручают! При каждой перезаписи сектора update sequence увеличивается на единицу и потому если произошел обрыв записи, значение последовательности обновления, находящейся в заголовке файловой записи не будет совпадать с последовательностью обновления, расположенной в конце сектора.

Оригинальное содержимое, расположенное «под» последовательностью обновления, хранится в специальном массиве обновления (update sequence array), расположенном в заголовке файловой записинепосредственно за концом update sequence number. Для восстановления файловой записи в исходный вид, мы должны извлечь из заголовка указатель на update sequence number (он хранится по смещению 04h байт от начала заголовка), и сверить лежащее по этому адресу 16-байтное значение с последним словом каждого из секторов, слагающих файловую запись(INDEX Record, RCRD Record или RSTR Record). Если они не совпадут, значит соответствующая структура данных повреждена и использовать ее следует с очень большой осторожностью (а на первых порах лучше не использовать вообще).

По смещению 006h от начала сектора находится 16-разрядное поле, хранящее совокупный размер номера последовательности обновления вместе с массивном последовательности обновления (sizeof(update sequence number) + sizeif(update sequence array)), выраженный в словах (не в байтах!). Поскольку, размер номера последовательности обновления всегда равен одному слову, то размер массива последовательности обновления, выпаженный в байтах, равен: (update sequence number & update sequence array ‑ 1)*2. Соответственно, смещение массива оригинального содержимого равно: (offset to update sequence number) + 2.В NT и W2K update sequence number всегда располагается по смещению 2Ah от начала FILE Record Header/INDEX Header, а update sequence array – по смещению 2Сh. В XP же и более старших системах – по смещениям 2Dh и 2Fh соответственно.

Первое слово массива последовательности обновления соответствует последнему слову первого сектора FILE Record/INDEX. Второе – последнему слову второго сектора, и т. д. Для восстановления сектора в исходный вид, мы должны вернуть все элементы массива последовательности обновления на их законные места (естественно, модифицируется не сам сектор, а его копия в памяти).

Продемонстрируем это на следующем примере:

–> начало первого сектора FILE Record

00000000: 46 49 4C 45-2A 00 03 00-7C 77 1A 04-02 00 00 00 FILE* ♥ |w→♦☻

00000010: 01 00 02 00-30 00 01 00-28 02 00 00-00 04 00 00 ☺ ☻ 0 ☺ (☻ ♦

00000020: 00 00 00 00-00 00 00 00-06 00 06 00-00 00 47 11 ♠ ♠ G◄

000001F0: 00 00 00 00-00 00 00 00-00 00 00 00-00 00 06 00

←- конец первого сектора FILE Record

000003F0: 07 CC E1 0D-00 09 00 00-FF FF FF FF-82 79 06 00 •Ia♪ ○ yyyyВy♠

←- конец второго сектора FILE Record

Листинг 2 оригинальная файловая запись до восстановления

Сигнатура «FILE» указывает на начало файловой записи. А раз так, по смещению 04h байт будет расположен 16-разрядный указатель на номер последовательности обновления. В данном случае он равен 002Ah. ОК! Переходим по смещению 002Ah и видим, что здесь лежит слово 0006h. Перемещаемся в конец сектора и сверяем его с последними двумя байтами. Как и предполагалось, они совпадают. Повторяем ту же самую операцию со следующим сектором. Собственно говоря, количество секторов может и не равняться двум. Чтобы не гадать на кофейной гуще, необходимо извлечь 16-разрядное значение, расположенное по смещению 06h от начала файловой записи (в данном случае оно равно 0003h) и вычесть из него единицу. Действительно, получается два (сектора).

Теперь нам необходимо найти массив последовательности обновления, хранящий оригинальное значение последнего слова каждого из секторов. Смещение массива обновления равно значению указателя на последовательность обновления увеличенной на два, т. е. в данном случае 002Ah + 02h == 002Ch. Извлекаем первое слово (в данном случае равное 00h 00h) и записываем его в конец первого сектора. Извлекаем следующей слово (47h 11h) и записываем его в конец второго сектора.

В результате чего, восстановленный сектор будет выглядеть так:

–> начало первого сектора FILE Record

00000000: 46 49 4C 45-2A 00 03 00-7C 77 1A 04-02 00 00 00 FILE* ♥ |w→♦☻

00000010: 01 00 02 00-30 00 01 00-28 02 00 00-00 04 00 00 ☺ ☻ 0 ☺ (☻ ♦

00000020: 00 00 00 00-00 00 00 00-06 00 06 00-00 0047 11 ♠ ♠ G◄

000001F0: 00 00 00 00-00 00 00 00-00 00 00 00-00 00 00 00

←- конец первого сектора FILE Record

000003F0: 07 CC E1 0D-00 09 00 00-FF FF FF FF-82 79 4711 •Ia♪ ○ yyyyВy♠

←- конец второго сектора FILE Record

Листинг 3 восстановленная файловая запись

FILE Record, INDEX Record, RCRD Record или RSTR Record искажены последовательностями обновления и в обязательном порядке должны быть восстановлены перед их использованием, в противном случае вместо актуальных данных вы получите мусор!

Структурно всякий атрибут стоит из атрибутного заголовка (attribute header) и тела атрибута (attribute body). Заголовок атрибута всегда хранится в файловой записи, расположенной внутри MFT (см. «файловые записи»). Тела резидентных атрибутов хранятся там же. Нерезидентные атрибуты хранят свое тело вне MFT,в одном или нескольких кластерах, перечисленных в заголовке данного атрибута в специальном списке (см. «списки отрезков»). Если 8-разрдное поле, расположенное по смещению 08h байт от начала атрибутного заголовка, равно нулю – атрибут считается резидентным, а если единице – то нет. Любые другие значения недопустимы.

Первые четыре байта атрибутного заголовка определяют его тип. Тип атрибута в свою очередь определяет формат представления тела атрибута. В частности, тело атрибута данных (тип: 80h – $DATA) представляет собой «сырую» последовательность байт. Тело атрибута стандартной информации (тип: 10h – $STANDARD_INFORMATION) описывает время его создания, права доступа и т. д. Подробнее см. «типы атрибутов».

Следующие четыре байта заголовка содержат длину атрибута, выражаемую в байтах. Длина нерезидентного атрибута равна сумме длин его тела и заголовка, а длина резидентного атрибута равна длине его заголовка. Короче говоря, если к смещению атрибута добавить его длину, мы получим указатель на следующий атрибут (или маркер конца, если текущий атрибут – последний в цепочке).

Длина тела резидентных атрибутов, выраженная в байтах, храниться в 32-разрядном поле, расположенном по смещению 10h байт от начала атрибутного заголовка. 16-разрядное поле, следующее за его концом, хранит смещение резидентного тела, отсчитываемое от начала атрибутного заголовка. С нерезидентными атрибутами в этом плане все намного сложнее и для хранения длины их тела используется множество полей. Реальный размер тела атрибута (real size of attribute), выраженный в байтах, хранится в 64-разрядном (!) поле, находящемся по смещению 30h байт от начала атрибутного заголовка. Следующее за ним 64-разрядное поле хранит инициализированный размерпотока (initialized data size of the stream), выраженный в байтах и, судя по всему, всегда равный реальному размеру тела атрибута. 64-разрядное поле, расположенное по смещению 28h байт от начала атрибутного заголовка, хранит выделенный размер (allocated size of attribute), выраженный в байтах и равный реальному размеру тела атрибута округленному до размера кластера (в большую сторону).

Два 64-разрядных поля, расположенные по смещению 10h и 18h байт от начала атрибутного заголовка задают первый (starting VCN) и последний (last VCN) номер виртуального кластера, принадлежащего телу нерезидентного атрибута. Виртуальные кластеры представляют собой логические номера кластеров, не зависящие от своего физического расположения на диске. В подавляющем большинстве случав, номер первого кластера тела нерезидентного атрибута равен нулю, а последний – количеству кластеров занятых телом атрибута, уменьшенном на единицу. 16-разрядное поле, расположенное по смещению 20h от начала атрибутного заголовка, содержит указатель на массив Data Runs, расположенный внутри этого заголовка и описывающий логический порядок размещения нерезидентного тела атрибута на диске (подробнее см. «списки отрезков»).

Каждый атрибут имеет свой собственный идентификатор (attribute ID), уникальный для данной файловой записи и хранящийся в 16-разрядном поле, расположенном по смещению 0Eh от начала атрибутного заголовка.

Если атрибут имеет имя (attribute Name), то 16-разрядное поле, расположенное по смещению 0Ah байт от атрибутного заголовка, содержит указатель на него. Для безымянных атрибутов оно равно нулю (а большинство атрибутов безымянны!). Имя атрибута хранится в атрибутном заголовке в формате UNICODE, а его длина определяется 8-разрядным полем, расположенным по смещению 09h байт от начала атрибутного заголовка.

Если тело атрибута сжато, зашифровано или разряжено, 16-разряное поле флагов, расположенное по смещению 0Ch байт от начала атрибутного заголовка не равно нулю.

Остальные поля не играют сколь ни будь существенной роли и потому здесь не рассматриваются.

смещениеразмерзначениеописание
00h4 тип (type) атрибута (например,. 0x10, 0x60,0xB0)
04h4 длина атрибута, включая этот заголовок
08h100h нерезидентный флаг (non-resident flag)
09h1Nдлина имени атрибута (ноль если атрибут безымянный)
0Ah218h смещение имени (ноль если атрибут безымянный)
0Ch200hфлаги
значениеописание
0001h сжатый атрибут (compressed)
4000h зашифрованный атрибут (encrypted)
8000h разряженный атрибут (sparse)
0Eh2 идентификатор атрибута (attribute ID)
10h4Lдлина тела атрибута, без заголовка
14h2 2N+18hсмещение тела атрибута
16h1 индексный флаг
17h100hдля выравнивания
18h2NUNICODEимя атрибута (если есть)
2N+18hL тело атрибута

Таблица 4 структура резидентного атрибута

смещениеразмерзначениеописание
00h4 тип (type) атрибута (например,. 0x20, 0x80)
04h4 длина атрибута, включая этот заголовок
08h1 01h нерезидентный флаг (non-resident flag)
09h1Nдлина имени атрибута (ноль если атрибут безымянный)
0Ah2 40h смещение имени (ноль если атрибут безымянный)
0Ch2 флаги
значениеописание
0001h сжатый атрибут (compressed)
4000h зашифрованный атрибут (encrypted)
8000h разряженный атрибут (sparse)
0Eh2 идентификатор атрибута (attribute ID)
10h8 начальный виртуальный кластер (starting VCN)
18h8 конечный виртуальный кластер (last VCN)
20h2 2N+40h смещение списка отрезков (data runs)
22h2 размер блока сжатия (compression unit size), округленный до 4 байт вверх
24h4 00hдля выравнивания
28h8 выделенный размер (allocated size), округленный до размера кластера
30h8 реальный размер (real size)
38h8 инициализированный размер потока (initialized data size of the stream)
40h2NUNICODEимя атрибута если есть
2N+40h.. список отрезков (data runs)

Таблица 5 структура нерезидентного атрибута

NTFS поддерживает больше количество предопределенных типов атрибутов, перечисленных в таблице 8. Как уже говорилось выше, тип атрибута определяет его назначение и формат представления тела. Полное описание всех атрибутов заняло бы очень много места и поэтому здесь приводятся лишь наиболее «ходовые» из них, а за информацией об остальных обращайтесь к Linux-NTFS Project.

значениеОСусловное обозначениеописание
010hлюбая$STANDARD_INFORMATION стандартная информацияо файле (время, права доступа)
020hлюбая$ATTRIBUTE_LISTсписок атрибутов
030hлюбая$FILE_NAMEполное имя файла
040hNT$VOLUME_VERSIONверсия тома
040h2K$OBJECT_ID уникальный GUID и прочие ID
050hлюбая$SECURITY_DESCRIPTOR дескриптор безопасности и списки прав доступа (ACL)
060hлюбая$VOLUME_NAMEимя тома
070hлюбая$VOLUME_INFORMATIONинформация о томе
080hлюбая$DATAосновные данные файла
090hлюбая$INDEX_ROOTкорень индексов
0A0hлюбая$INDEX_ALLOCATION ветви (sub-nodes) индекса
0B0hлюбая$BITMAP карта свободного пространства
0C0hNT$SYMBOLIC_LINK символическая связь
0C0h2K$REPARSE_POINT для сторонних производителей
0D0hлюбая$EA_INFORMATION расширенные атрибуты для HPFS
0E0 hлюбая$EA расширенные атрибуты для HPFS
0F0hNT$PROPERTY_SET устарело и ныне не используется
100h2K$LOGGED_UTILITY_STREAM используется шифрованной файловой системой (EFS)

Таблица 6 основные типы атрибутов

атрибут стандартной информации $STANDARD_INFORMATION

Атрибут стандартной информации описывает время создания/изменения/последнего доступа к файлу и права доступа, а так же некоторую другую вспомогательную информацию (например, квоты):

смещениеразмерОСописание
~ ~ любая стандартный атрибутный заголовок (standard attribute header)
00h8любая C время создания (creation) файла
08h8любая A время изменения (altered) файла
10h8любая M время изменения файловой записи (MFT changed)
18h8любая R время последнего чтения (read) файла
20h4любая права доступа MS-DOS (MS-DOS file permissions)
значениеописание
0001h только на чтение (read-only)
0002h скрытый (hidden)
0004h системный (system)
0020h архивный (archive)
0040h устройство (device)
0080h обычный (normal)
0100h временный (temporary)
0200h разряженный (sparse) файл
0400hreparse point
0800h сжатый (compressed)
1000h оффлайноый (offline)
2000h не идексируемый (not content indexed)
4000h зашифрованный (encrypted)
24h4любая старшее двойное слово номера версии (maximum number of versions)
28h4любая младшее двойное слово номера версии (version number)
2Ch4любая идентификатор класса (class ID)
30h42K идентификатор владельца (owner ID)
34h42K идентификатор безопасности (security ID)
38h82K количество квотируемых байт (quota charged)
40h82K номер последней последовательности обновления (update sequence number USN)

Таблица 7 структура атрибута $STANDARD_INFORMATION

атрибут списка атрибутов $ATTRIBUTE_LIST

Атрибут списка атрибутов (прямо каламбур) используется в тех случаях когда все атрибуты файла не умещаются в базовой файловой записи и файловая система вынуждена располагать их в расширенных. Индексы расширенных файловых записей содержатся в атрибуте списка атрибутов, помещаемом в базовую файловую запись.

При каких обстоятельствах атрибуты не умещаются в одной файловой записи? Это может произойти когда: а) файл содержит много альтернативных имен или жестких ссылок; б) файл очень-очень сильно фрагментирован; в) файл содержит очень сложный дескриптор безопасности; г) файл имеет очень много потоков данных (т. е. атрибутов типа $DATA).

Структура атрибута списка атрибутов приведена ниже:

смещениеразмерописание
~ ~ стандартный атрибутный заголовок (standard attribute header)
00h4 тип (type) атрибута (см. таблицу 8)
04h2 длина записи (record length)
06h1 длина имени (name length), или ноль, если нет. условно – N
07h1 смещение имени (offset to name), или ноль если нет
08h8 начальный виртуальный кластер (starting VCN)
10h8ссылка на базовую/расширенную файловую запись
18h2 идентификатор атрибута (attribute ID)
1Ah2N if N > 0, то имя в формате UNICODE

Таблица 8 структура атрибута $ATTRIBUTE_LIST

атрибут полного имени $FILE_NAME

Атрибут полного имени файла хранит имя файла в соответствующем пространстве имен. Таким атрибутов у файла можно быть и несколько (например, win32-имя и MS-DOS имя). Здесь же хранятся и жесткие ссылки (hard link), если они есть.

Структура атрибута полного имени приведена ниже:

смещениеразмерописание
~ ~ стандартный атрибутный заголовок (standard attribute header)
00h8 ссылка (filereference) на материнский каталог
08h8 C – время создания (creation) файла
10h8 A – время последнего изменения (altered) файла
18h8 M – время последнего изменения файловой записи (MFT changed)
20h8 R – время последнего чтения (read) файла
28h8 выделенный размер (allocatedsize) файла
30h8 реальный размер (real size) файла
38h4 флаг (см. таблицу 9)
3Ch4 используется HPFS
40h1длина имени в символах – L
41h1 пространство имен файла (filename namespace)
42h2L имя файла в формате UNICODE без завершающего нуля

Таблица 9 структура атрибута $FILE_NAME

Тела нерезидентных атрибутов хранятся на диске в одной или нескольких кластерных цепочках, называемых отрезками (runs). Отрезком называется последовательность смежных кластеров, характеризующаяся номером начального кластера и длинной. Совокупность отрезков называется списком, run-list'ом или data run'ом.

Внутренний формат представления списков не то, чтобы сложен, но явно не прост, за что получил прозвище brain damage format'а (формата, срывающего крышу и обламывающего кайф).Для экономии места длина отрезка и номер начального кластера хранятся в полях переменной длины. То есть, если размер отрезка умещается в байт (т. е. его значение не прерывает 255), он и хранится в байте. Соответственно, если размер отрезка требует для своего представления двойного слова, он и хранится в двойном слове.

Сами же поля размеров хранятся в 4-байтовых ячейках, называемых нибблами (nibble) или полубайтами. Шестнадцатеричная система исчисления позволяет легко переводить байты в нибблы и наоборот. Младший ниббл равен (X & 15), а старший –(X / 16).Легко видеть, что младший ниббл соответствует младшему шестнадцатеричному разряду байта, а старший – старшему. Например, 69h состоит из двух нибблов – младший равен 9h, а старший – 6h.

Список отрезков представляет собой массив структур, каждая из которых описывает характеристики «своего» отрезка, а в конце списка находится завершающий нуль. Первый байт структуры состоит из двух полубайт: младший задает длину поля начального кластера отрезка (условно обозначаемого буквой F), старший – количество кластеров в отрезке (L). Поле длины отрезка идет следом. В зависимости от значения L оно может занимать от одного до восьми байт (более длинные поля недопустимы). Первый байт поля стартового кластера файла расположен по смещению 1 + L байт от начала структуры (что соответствует 2+2*L нибблам). Кстати говоря, в документации Linux-NTFS Project (версия 0.4) поля размеров начального кластера и количества кластеров в отрезке перепутаны местами.

смещение в нибблахразмер в нибблахописание
01 размер поля длины (L)
11 размер поля начального кластера (S)
22*Lколичество кластеров в отрезке
2+2*L 2*Sномер начального кластера отрезка

Таблица 10 структура одного элемента списка отрезков

Покажем, как с этим работать на практике. Допустим, мы имеем следующий run-list, соответствующий нормальному не фрагментированному файлу (что может быть проще!): «21 18 34 56 00». Попробуем его декодировать?

Начнем с первого байта – 21h. Младший полубайт (01h) описывает размер поля длины отрезка, старший (02h) – размер поля начального кластера. Следующие несколько байт представляют поле длины отрезка, размер которого в данном случае равен одному байту – 18h. Два других байта (34h 56h) задают номер начального кластера отрезка. Нулевой байт на конце сигнализирует о том, что это последний отрезок в файле. Итак, наш файл состоит из одного-единственного отрезка, начинающегося с кластера 5634h и заканчивающегося кластером 5634h+ 18h == 564Ch.

Рассмотрим более сложный пример фрагментированного файла со следующим списком отрезков: «31 38 73 25 34 32 14 01 E5 11 02 31 42 AA 00 03 00». Извлекаем первый байт – 31h. Один байт приходится на поле длины и три байта на поле начального кластера. Таким образом, первый отрезок (run 1) начинается с кластера 342573h и продолжается вплоть до кластера 342573h + 38 == 3425ABh. Чтобы найти смещение следующего отрезка в списке мы складываем размер обоих полей с их начальным смещением: 3 + 1 == 4. Отсчитываем четыре байта от начла run-list'а и переходим к декодированию следующего отрезка: 32h –двабайта на поле длины отрезка (равное в данном случае 0114h) и три байта на поле номера начального кластера (0211E5h). Следовательно, второй отрезок (run 2) начинается с кластера 0211E5h и продолжается вплоть до кластера 0211E5h + 114h == 212F9h. Третий отрезок (run 3): 31h – один байт на поле длины и три байта на поле начального кластера, равные 42h и 0300AAh соответственно. Поэтому, третий отрезок (run 3) начинается с кластера 0300AAh и продолжается вплоть до кластера 0300AAh + 42h == 300ECh.Завершающий нуль на конце run-list'а сигнализирует о том, что это последний отрезок в файле.

Таким образом, подопытный файл состоит из трех отрезков, разбросанных по диску в следующем живописном порядке: 342573h – 3425ABh; 0211E5h – 212F9h; 0300AAh – 300ECh.Остается только прочитать его с диска!

Начиная с версии 3.0 NTFS поддерживает разряженные (sparse) атрибуты, т. е. такие, которые не записывают на диск кластеры, содержащие одни нули. При этом поле номера начального кластера отрезка может быть равным нулю, что означает, что данную отрезку не выделен никакой кластер. Поле длины содержит количество кластеров, заполненных нулями. Их не нужно считывать с диска. Вы должны самостоятельно изготовить их в памяти. Кстати говоря, далеко не все дисковые доктора знают о существовании разряженных атрибутов (если атрибут разряжен его флаг равен 8000h), и интерпретируют нулевую длину поля номера начального кластера весьма странным образом. Последствия такого «лечения» обычно оказываются очень печальны.

NTFS изначально проектировалась как системно-независимая файловая система, способная работать со множеством различных подсистем, как-то: win32, MS-DOS, POSIX и т. д. Поскольку, каждая из них налагает свои собственные ограничения на набор символов, допустимых для использования в имени файла, NTFS вынуждена поддерживать несколько независимых пространств имен (name space).

POSIX

Допустимы все UNICODE-символы (с учетом регистра), за исключением символа нуля (NULL), обратногослеша ('/') и знака двоеточия (':'). Последнее, кстати говоря, не ограничение POSIX, а ограничение NTFS, использующей этот символ для доступа к именованным атрибутам. Максимально допустимая длина имени составляет 255 символов.

Win32

Доступны все UNICOE-символы (без учета регистра), за исключением следующего набора: '«' (кавычки), '*' (звездочка), '/' (прямой слеш), ':' (двоеточие), '<' (знак меньше), '>' (знак больше), '?' (вопросительный знак), '\' (обратный слеш), '|' (символ конвейера). К тому же, имя файла не может заканчиваться на точку или пробел. Максимально допустимая длина имени составляет 255 символов.

MS-DOS

Доступны все символы пространства имен win32 (без учета регистра), за исключением: '+' (знак плюс), ',' (знак запятая), '.' (знак точка), ';' (точна с запятой), '=' (знак равно). Имя файла не должно превышать восьми символов за которыми следует необязательное расширение с длиной от одного до трех символов.

NTFS содержит большое количество служебных файлов (метафайлов) строго определенного формата, важнейший из которых – $MFT – мы только что рассмотрели. Остальные метафайлы играют вспомогательную роль и для восстановления данных знать их структуру в общем-то и необязательно. Тем не менее если они окажутся искажены, штатный драйвер файловой системы не сможет работать с таким томом, поэтому иметь некоторые представления о назначении каждого из них все же необходимо.

У нас нет возможности рассказать о структуре всех метафайлов (да и незачем дублировать Linux-NTFSProject), поэтому эта информация здесь не приводится.

inodeимя файлаОСописание
0$MFTлюбая главная файловая таблица (MasterFileTable, MFT)
1$MFTMirrлюбаярезервная копия первых четырех элементов 4 MFT
2$LogFileлюбая журнал транзакций (transactionalloggingfile)
3$Volumeлюбая серийный номер, время создания, dirty flag (флаг не сброшенного кэша) тома
4$AttrDefлюбаяопределение атрибутов
5. (точка)любая корневой каталог (root directory) тома
6$Bitmapлюбаякарта свободного/занятого пространства
7$Bootлюбая загрузочная записи (bootrecord) тома
8$BadClusлюбая список плохих кластеров (badclusters) тома
9$QuotaNT информация о квотах (quotainformation)
9$Secure2K использованные дескрипторы безопасности (securitydescriptors)
10$UpCaseлюбая таблица заглавных символов (uppercasecharacters ) для трансляции имен
11$Extend2Kкаталоги: $ObjId, $Quota, $Reparse, $UsnJrnl
12-15не используетсялюбаяпомечены как использованные, но в действительности пустые
16-23не используетсялюбаяпомечены как неиспользуемые
любойObjId2Kуникальные идентификаторы каждого файла
любой$Quota2K информация о квотах (quotainformation)
любой$Reparse2K информация типа reparsepoint
любой$UsnJrnl2K журнал шифрованной файловой системы (journalingofencryption)
> 24польз. файллюбаяобычные файлы
> 24польз. каталоглюбаяобычные каталоги

Таблица 11 назначение основных стандартных файлов

Рассказ о NTFS был бы неполным без практической иллюстрации техники разбора файловой записи «руками». До сих пор мы витали в облаках теоретической абстракции. Пора спускаться на грешную землю.

Воспользовавшись любым дисковым редактором, например, Disk Probe, попробуем декодировать одну файловую запись вручную. Найдем сектор, содержащий сигнатуру «FILE» в его начале (не обязательно брать первый встретившийся сектор). Он может выглядеть, например, так:

: 00 01 02 03 04 05 06 07 │ 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F

00000000: 46 49 4C 45 2A 00 03 00 │ 60 79 1A 04 02 00 00 00 FILE* ♥ `y→♦☻

00000010: 01 00 01 00 30 00 01 00 │ 50 01 00 00 00 04 00 00 ☺ ☺ 0 ☺ P☺ ♦

00000020: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ 04 00 03 00 00 00 00 00 ♦ ♥

00000030: 10 00 00 00 60 00 00 00 │ 00 00 00 00 00 00 00 00 ► `

00000040: 48 00 00 00 18 00 00 00 │ B0 D5 C9 2F C6 0B C4 01 H ↑ ░╒╔/╞♂─☺

00000050: E0 5A B3 7B A9 FA C3 01 │ 90 90 F1 2F C6 0B C4 01 рZ│{й·├☺РРё/╞♂─☺

00000060: 50 7F BC FE C8 0B C4 01 │ 20 00 00 00 00 00 00 00 P⌂╝■╚♂─☺

00000070: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ 00 00 00 00 05 01 00 00 ♣☺

00000080: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ 00 00 00 00 00 00 00 00

00000090: 30 00 00 00 70 00 00 00 │ 00 00 00 00 00 00 02 00 0 p ☻

000000A0: 54 00 00 00 18 00 01 00 │ DB 1A 01 00 00 00 01 00 T ↑ ☺ █→☺ ☺

000000B0: B0 D5 C9 2F C6 0B C4 01 │ B0 D5 C9 2F C6 0B C4 01 ░╒╔/╞♂─☺░╒╔/╞♂─☺

000000C0: B0 D5 C9 2F C6 0B C4 01 │ B0 D5 C9 2F C6 0B C4 01 ░╒╔/╞♂─☺░╒╔/╞♂─☺

000000D0: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ 00 00 00 00 00 00 00 00

000000E0: 20 00 00 00 00 00 00 00 │ 09 03 49 00 6C 00 66 00 ○♥I l f

000000F0: 61 00 6B 00 2E 00 64 00 │ 62 00 78 00 00 00 00 00 a k . d b x

00000100: 80 00 00 00 48 00 00 00 │ 01 00 00 00 00 00 03 00 А H ☺ ♥

00000110: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ ED 04 00 00 00 00 00 00 э♦

00000120: 40 00 00 00 00 00 00 00 │ 00 E0 4E 00 00 00 00 00 @ рN

00000130: F0 D1 4E 00 00 00 00 00 │ F0 D1 4E 00 00 00 00 00 Ё╤N Ё╤N

00000140: 32 EE 04 D9 91 00 00 81FF FF FF FF 82 79 47 11 2ю♦┘С Б    ВyG◄

000001F0: 00 00 00 00 00 00 00 00 │ 00 00 00 00 00 00 03 00 ♥

: 00 01 02 03 04 05 06 07 │ 08 09 0A 0B 0C 0D 0F 0F

Листинг 4 ручное декодирование файловой записи (разные атрибуты выделены разным цветом)

Первым делом необходимо восстановить оригинальное содержимое последовательности обновления. По смещению 04h от начала сектора лежит 16-разрядный указатель на нее, равный в данном случае 2Ah (значит, это NTFS 3.0 или младше). А что у нас лежит по смещению 2Ah? Ага, пара байт 03 00. Это – номер последовательности обновления. Сверяем его с содержимым двух последних байт этого и следующего секторов (смещения 1FEh и 3FEh соответственно). Они равны! Значит, данная файловая запись цела (по крайней мере внешне) и можно переходить к операции спасения. По смещению 2Ch расположен массив, содержащий оригинальные значения последовательности обновления. Количество элементов в нем равно содержимому 16-разрядного поля, расположенному по смещению 06h от начала сектора и уменьшенного на единицу (т. е. в данном случае 03h – 01h == 02h). Извлекаем два слова начиная со смещения 2Ch (в данном случае они равны 00 00 и 00 00) и записываем их в конец первого и последнего секторов.

Теперь нам необходимо выяснить – используется ли данная файловая запись или ассоциированный с ней файл/каталог был удален. 16-разрядное поле, расположенное по смещению 16h, содержит значение 01h. Следовательно, перед нами файл, а не каталог и этот файл еще не удален. Но является ли данная файловая запись базовой для данного файла или мы имеет дело с ее продолжением? 64-разрядное поле, расположенное по смещению 20h, равно нулю, следовательно, данная файловая запись – базовая.

ОК, переходим к исследованию атрибутов. 16-разрядное поле, находящееся по смещению 14h равно 30h, следовательно, заголовок первого атрибута начинается со смещения 30h от начала сектора.

Первое двойное слово атрибута равно 10h, значит, перед нами атрибут типа $STANDARD_INFORMATION. 32-разрядное поле длины атрибута, находящееся по смещению 04h и равное в данном случае 60h байт, позволяет нам вычислить смещение следующего атрибута в списке – 30h (смещение нашего атрибута) + 60h (его длина) == 90h (смещение следующего атрибута).Первое двойное слово следующего атрибута равно 30h, значит, это атрибут типа $NAME и следующее 32-разрядное поле хранит его длину, равную в данном случае 70h. Сложив длину атрибута с его смещением, мы получим смещение следующего атрибута – 90h + 70h == 100h. Первые двойное слово третьего атрибута равно 80h, следовательно это атрибут типа $DATA, хранящий основные данные файла. Складываем его смешение с длиной – 100h + 32h == 132h. Опс! Мы наткнулись на частокол FFFFFFh, сигнализирующий о том, что атрибут $DATA последний в списке.

Теперь, разбив файловую запись на атрибуты, как мясник рассекает телячью тушу (try the veil, как говаривал старина Шрек), не грех будет приступить к исследованию каждого из атрибутов в отдельности. Начнем с имени. 8-разрядное поле, находящееся по смещению 08h от начала атрибутного заголовка (и по смещению 98h от начала сектора), содержит флаг неризидентности, который в данном случае равен нулю (т. е. атрибут резидентный и его тело хранится непосредственно в самой файловой записи, что есть гуд). 16-разрядное поле, расположенное по смещению 0Ch от начала атрибутного заголовка (и по смещению 9Ch от начала сектора) равно нулю, следовательно тело атрибута не сжато и не зашифровано. Хорошо! Тогда подать это тело на стол! 32-разрядное поле, расположенное по смещению 10h от начала атрибутного заголовка и по смещению A0h от начала сектора, содержит длину атрибутного тела, равную в данном случае 54h байт, а 16-разрядное поле, расположенное по смещению 14h от начала атрибутного заголовка и по смещению A4h от начла сектора хранит смещение атрибутного тела, равное в данном случае 18h, следовательно, тело атрибута $NAME располагается по смещению A8h от начала сектора.

Формат атрибута типа $NAME описан в таблице XX. Первые восемь байт содержат ссылку на материнский каталога данного файла, равную в данном случае 11ADBh:01 (индекс – 11ADBh, номер последовательности – 01h). Следующие 32-байта содержат штаммы времени создания, изменения и времени последнего доступа к файлу. По смещению 28h от начала тела атрибута и D0h от начала сектора лежит 64-разрядное поле выделенного размера, а за ним – 64-разрядное поле реального размера. Оба равны нулю, что означает, что за размером файла следует обращаться к атрибутам типа $DATA.

Длина имени файла содержится в 8-разрядном поле, находящемся по смещению 40h байт от начала тела атрибута и по смещению E8h от начала сектора. В данном случае оно равно 09h. Само же имя начинается со смещения 42h от начала тела атрибута и со смещения EAh от начала сектора. И здесь находится Ilfak.dbx.

Переходим к атрибуту основных данных файла, пропустив атрибут стандартной информации, который не содержит решительного ничего интересного. 8-разрядный флаг неризидентности, расположенный по смещению 08h от начала атрибутного заголовка и по смещению 108h от начала сектора, равен 01h, следовательно атрибут неризидентный. 16-разрядный флаг, расположенный по смещению 0Ch от начала атрибутного заголовка и по смещению 10Сh от начала сектора, равен нулю, значит, атрибут не сжат и не зашифрован. 8-разрядное поле, расположенное по смещению 09h от начала атрибутного заголовка и по смещению 109h от начала сектора, равно нулю – атрибут безымянный. Реальная длина тела атрибута (в байтах) содержится в 64-разрядном поле, расположенном по смещению 30h от начала атрибутного заголовка и по смещению 130h от начла сектора. В данном случае она равна 4ED1F0h (5.165.552). Два 64-разрядных поля, расположенных по смещениям 10h/110h и 18h/118h байт от начала атрибутного заголовка/сектора соответственно, содержат начальный и конечный номер виртуального кластера неризидентного тела. В данном случае они равны: 0000h/4EDh.

Остается лишь декодировать список отрезков, адрес которого хранится в 16-разрядном поле, находящемся по смещению 20h от начала атрибутного заголовка и 120h от начала сектора. В данном случае оно равно 40h, что соответствует смещению от начала сектора в 140h.Сам же список отрезков выгляди так: 32 EE 04 D9 91 00 00. Ага! Два байта занимает поле длины (равное в данном случае 04EEh кластерам) и три – поле начального кластера (0091h). Завершающий ноль на конце говорит о том, что этот отрезок последний в списке отрезком.

Подытожим полученную информацию. Файл называется Ilfak.dbx, он начинается с кластера 0091h и продолжается вплоть до кластера 57Fh, при реальной длине файла в 5.165.552 байт. За сим все! Теперь уже ничего не стоит скопировать файл на резервный носитель (например, ZIP или стример).

Вооруженные джентльменским набором знаний (а так же дисковым редактором в придачу), мы готовы дать решительный отпор энтропии, потеснив ее по всем фронтам. Следующая статья этого цикла расскажет о том как восстанавливать удаленные файлы, отформатированные разделы и разрушенные служебные структуры данных.