Размещено на http://www.allbest.ru

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Коженевський Сергій Романович

УДК 004.083.72

МЕТОДИ І ЗАСОБИ ВІДНОВЛЕННЯ ТА ЗНИЩЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ

НА ЖОРСТКИХ МАГНІТНИХ ДИСКАХ

05.13.05 ? елементи і пристрої обчислювальної техніки та систем керування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті проблем реєстрації інформації НАН України, м. Київ.

Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор

Додонов Олександр Георгійович,

Інститут проблем реєстрації інформації НАН

України, заступник директора

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

Крючин Андрій Андрійович,

Інститут проблем реєстрації інформації НАН

України, завідувач відділу

кандидат технічних наук, доцент

Браіловський Микола Миколайович,

Інститут захисту інформації Державного

університету інформаційно-комунікаційних

технологій, доцент кафедри безпеки

інформаційних технологій

Провідна установа: Інститут проблем моделювання в енергетиці

ім. Г.Є.Пухова НАН України

відділ спеціалізованих засобів моделювання

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент М.М. Орлова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В наш час для збереження інформації, представленої в електронному вигляді, широко використовуються накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД). На них зберігається інформація, що забезпечує функціонування комп'ютерів, комп'ютерних систем і мереж, що представляє бази даних індивідуального і колективного користування і т.п. накопичувач жорсткий магнітний диск інформація

Важливість НЖМД, як елемента комп'ютерної системи, визначається тим, що на ньому зберігається найважливіша інформація, яка постійно необхідна користувачу і забезпечує його становище в суспільстві й у різних структурах управлінської діяльності. НЖМД визначає працездатність усієї системи, тому що на ньому розташовується операційна система і робочі програми, що визначають виконання всіх робіт і функцій комп'ютера. Від інформації, що зберігається на НЖМД, залежить функціонування підприємств, організацій і державних установ у цілому.

По суті, використання інформації, комп'ютерів, комп'ютерних систем і мереж залежить від надійного і захищеного функціонування НЖМД. При цьому в залежності від характеру і типу інформації необхідно вирішувати дві задачі:

- Забезпечення гарантованого збереження інформації і режиму доступу до неї;

- Забезпечення при необхідності гарантованого знищення інформації.

Можливість забезпечення гарантованого збереження інформації і доступу до неї зводиться до рішення задачі відновлення інформації чи доступу до інформації, що зберігається або зберігалася на НЖМД.

Іншим аспектом, що впливає на ефективну діяльність у різних сферах, є недопущення знімання інформації, що зберігається на НЖМД. Особливо це стосується інформації з обмеженим режимом доступу.

Шляхами, якими може бути організоване несанкціоноване знімання інформації, є:

1) використання інформації, що залишилася на НЖМД, які вийшли з ладу;

2) використання інформації, що раніше зберігалася на НЖМД.

Якщо питанням знімання інформації безпосередньо з використанням комп'ютера присвячено багато досліджень, то питанням знімання інформації безпосередньо з НЖМД приділяється в дослідженнях і публікаціях значно менше уваги, і не приводяться конкретні методи такого знімання.

Постійне удосконалення характеристик і параметрів НЖМД вимагає створення нових методів і підходів до аналізу інформативних слідів на носіях, що дозволили б створювати ефективні технології відновлення інформації. При розробці таких методів необхідно комплексно враховувати особливості конструкції і функціонування всіх елементів НЖМД:

1) безпосередньо носіїв інформації;

2) головок запису/читання;

3) системи позиціонування блоку головок;

4) системи обертання дисків і т.д.

Вивченню перерахованих вище проблем присвячений ряд досліджень і розробок, однак ці розробки і дослідження стосуються окремих компонентів НЖМД і не розглядають проблему комплексно.

Відомі методи, у яких для відновлення інформації на НЖМД використовувалися підходи, засновані на роботі з фізично неушкодженими накопичувачами і цілком справними головками запису/читання, методи відновлення інформації і визначення інформативних параметрів перезапису на магнітооптичних дискетах і гнучких дисках за допомогою магнітооптичного способу. Дані методи мають низьку розподільчу здатність і не можуть бути використані для відновлення інформації на сучасних НЖМД.

При цифровому записі на магнітні носії було виявлено, що в процесі перезапису нової інформації поверх старої на носіях зберігаються залишкові інформативні сліди попередніх записів. Для сучасних накопичувачів на жорстких магнітних дисках подібні дослідження не проводилися.

Що стосується знищення інформації, то були відомі методи, що не забезпечували гарантованого знищення інформації.

Властивості носіїв інформації НЖМД не розглядалися одночасно для відновлення і знищення інформації. Тому в роботі основна увага приділяється питанням знімання інформації безпосередньо з НЖМД. У той же час процеси відновлення інформації є основоположними як при санкціонованому так і несанкціонованому зніманні інформації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дійсна робота пов'язана з виконанням науково-дослідних робіт: “Дослідження технологій безпечної роботи з інформаційним ресурсом у розподілених системах”, шифр “ЗІРКА-2”, держ. № 0102V002401 та “Дослідження та розвиток інформаційних технологій для корпоративних комп'ютерних інформаційно-аналітичних систем”, шифр “ТЕКС-2001”, держ. № 0101V002642.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи являється розробка методів і засобів для підвищення ефективності відновлення і знищення інформації, збереженої на НЖМД.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:

1. Визначити фізичні і механічні властивості НЖМД і окремих його елементів, що впливають на процеси відновлення, стирання і знищення інформації.

2. Визначити вплив нестабільності трактів запису/читання на характеристики сигналів, їх амплітудне і фазове значення.

3. Досліджувати вплив перезапису інформації на параметри носіїв інформації.

4. Досліджувати і розробити методи доступу і відновлення інформації, збереженої на НЖМД.

5. Розробити методи гарантованого знищення інформації й ефективного контролю за знищенням і відновленням інформації, збереженої на НЖМД.

6. Розробити технології і засоби для відновлення і гарантованого знищення інформації, збереженої на НЖМД.

Об'єкт дослідження - накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД), що є основним пристроєм зовнішньої пам'яті для всіх сучасних комп'ютерів.

Предмет дослідження - методи і засоби, що забезпечують відновлення і знищення інформації, що зберігається на НЖМД.

Методи дослідження. При розв'язанні поставлених задач використовувалися методи оптичної мікроскопії, магніто-оптичні методи, методи магнітної силової мікроскопії (для аналізу поверхонь магнітних носіїв); методи спектрального аналізу (для аналізу магнітних сигналограм на поверхні НЖМД); метод цифрової обробки сигналів (для відновлення інформації); методи математичного моделювання (для аналізу процесів відновлення інформації).

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Запропонований і розроблений комплексний підхід для відновлення інформації і доступу до неї, що враховує фізичні властивості носіїв інформації, особливості розміщення інформації на носіях, що дозволило запропонувати технологію відновлення і клас технічних пристроїв по відновленню інформації;

2. Аналіз внутрішніх і зовнішніх факторів, що впливають на стабільність запису, дозволив визначити, що при записі інформації поверх попередньої формуються інформативні залишкові сліди на носії, що дозволяє їх використовувати для відновлення інформації;

3. Запропоновано методи, що використовують інформативні сліди на носії для побудови систем відновлення і знищення інформації, збереженої на НЖМД;

4. Запропоновано модифікацію методів візуалізації магнітних полів, заснованих на явищі концентрації часток магнітної рідини під впливом полів залишкової намагніченості магнітних доменів на поверхні, для носіїв інформації НЖМД, що дозволило розробити технологію одержання зображень магнітних полів носія інформації, представлення у цифровій формі зображення і подальшої комп'ютерної обробки для визначення змінених ділянок на поверхні носія;

5. Запропоновано комплексну технологію відновлення інформації з ушкоджених НЖМД, яка використовує різні методи відновлення інформації і враховує інформативні фактори, що характеризують стан магнітних записів;

6. Запропоновано технологію аналізу поверхні носія НЖМД, що дозволило розробити систему аналізу й обробки записаної інформації на основі застосування магнітних растрових мікроскопів;

7. Розроблено алгоритмічні і фізичні методи, які дозволяють із заданим ступенем гарантованості забезпечити знищення інформації, збереженої на НЖМД;

8. Запропоновані, розроблені і досліджені структури пристроїв для відновлення інформації, методи адаптивного копіювання інформації з робочих поверхонь НЖМД, а також вибірного настроювання на неушкоджені ділянки;

9. Запропоновані, розроблені і досліджені структури пристроїв для знищення інформації з заданим ступенем гарантованості, що базуються на використанні могутнього імпульсу, що намагнічує.

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні результати досліджень дозволили створити ряд пристроїв, призначених для використання в технологічних процесах відновлення інформації: EPOS Tester HDD, EPOS Tester IDE, EPOS Tester SCSI, IRS-HDD. Дані прилади в сукупності представляють комплекс засобів для роботи з магнітними носіями: тестування, дублювання НЖМД, відновлення, стирання і знищення інформації на магнітних носіях з різними типами інтерфейсів.

Розроблена і створена багатофункціональна станція комплексного технічного обслуговування накопичувачів на жорстких магнітних дисках призначена для виконання повного спектра робіт при їх обслуговуванні. Можливості станції дозволяють забезпечити:

1) повну перевірку технічного стану НЖМД;

2) створення точного образу диска;

3) гарантоване стирання інформації на НЖМД шляхом перезапису з застосуванням різних алгоритмів;

4) гарантоване знищення інформації на несправних НЖМД за допомогою короткочасного могутнього магнітного імпульсу.

Розроблені пристрої, комплекси і технології використовуються в Адміністрації Президента України, Державному управлінні справами при Президенті України, Раді Національної Безпеки і Оборони України, Національному Авіаційному Університеті, Європейському університеті, що підтверджено відповідними актами про впровадження.

Особистий внесок здобувача. Більшість публікацій по темі дисертації виконані здобувачем самостійно. У роботах, написаних у співавторстві, автору належать:

У роботі 6: аналіз проблем програмного знищення інформації, записаної на жорсткому диску;

У роботі 15: дослідження фізичних методів знищення інформації на носіях шляхом намагнічування матеріалу робочих поверхонь дисків до насичення;

У роботі 18: алгоритм стирання інформації на жорстких магнітних дисках шляхом перезапису;

У роботі 23: метод візуалізації магнітних полів носія інформації, заснований на застосуванні магнітної рідини для дослідження сучасних жорстких дисків;

У роботі 24: дослідження можливостей застосування скануючої зондової мікроскопії для аналізу поверхонь сучасних НЖМД;

Та у роботі 27: Дисертанту належить аналіз структури системи позиціонування НЖМД.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на конференціях, семінарах, міжнародних науково-технічних форумах.

Матеріали дисертації були викладені: на 5-й Міжнародній науково-практичній конференції “Безпека інформації в інформаційно-телекомунікаційних системах”, ДСТСЗІ СБУ, НТУУ “КПІ”; Центр Банківських інформаційних технологій “ЦЕБИТ”, 2002, м. Київ (Україна); на 2-й Міжнародній конференції “Інформаційні технології і безпека - 2002”, 2002, м. Партеніт (Крим, Україна); на 8-й Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі”, 2002, Європейський Університет, м. Київ (Україна); на 1-му міжнародному радіоелектронному форумі “Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку”, м. Харків, 2002 (Україна), на 3-й Міжнародній конференції “Інформаційні технології і безпека - 2003”, 2003, м. Партеніт (Крим, Україна); на 4-й Міжнародній конференції “Інформаційні технології і безпека - 2004”, 2004, м. Партеніт (Крим, Україна); на 5-й Міжнародній конференції “Інформаційні технології і безпека - 2005”, 2005, м. Партеніт (Крим, Україна).

Матеріал, розглянутий у дисертаційній роботі, використовувався при написанні науково-практичного збірника “Информационная безопасность офиса. Выпуск 1. Технические средства защиты информации”. : - К.: ТОВ “ТВД “ДС”, 2003.; “Информационная безопасность. Выпуск 2. Информационная политика и технологии” - К.: ТОВ “ЕПОС”, 2005.; і серії науково-популярних видань - “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Методическое пособие.” - К.: ТОВ “ЕПОС”, 2004; “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Визуальный анализ”. - К.: ТОВ “ЕПОС”, 2004; “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Основы хранения информации”. - К.: ТОВ “ЕПОС”, 2005; “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Перезапись информации”. - К.: ТОВ “ЕПОС”, 2006.

Публікації. Основні положення і результати дисертації були опубліковані в 31 друкованих працях: 22 статті написані автором самостійно, 9 - у співавторстві. Наукові положення (відповідно до вимог ВАК для кандидатських дисертацій) викладені в 14 публікаціях по темі дисертації. Результати, представлені в статтях, тезах до доповідей, доповідях і включені в дисертацію, належать автору дисертації.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів та додатка. Загальний обсяг дисертації - 134 сторінки. Основний зміст викладений на 117 сторінках, у тому числі 17 таблиць, 137 малюнків. Список літератури з 135 найменувань. Додатки на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, визначаються мета та задачі досліджень, основні положення, що виносяться на захист, а також стисло викладаються наукова новизна і практичне значення результатів, отриманих в процесі досліджень.

У першому розділі наведено фізичні основи збереження інформації на накопичувачах на жорстких магнітних дисках (НЖМД), проведений аналіз ефектів магнетизму, процесів запису/читання інформації, особливостей побудови НЖМД, систем обертання дисків та позиціонування головок.

Запис інформації на НЖМД здійснюється по бітах зафіксованою головкою запису на поверхню магнітного диску, що обертається. Теоретично ширина доріжки запису на магнітному диску повинна дорівнювати ширині головки запису. У роботі показано, що у реальній ситуації є декілька факторів, які впливають на процес запису.

По-перше, відхилення головок запису від концентричної траєкторії приводять до коливань ширини бітів у межах однієї доріжки.

По-друге, неможливість миттєвої зміни магнітного поля розпорошення головки приводить до того, що переходи від біта до біта мають деяку відмінну від нуля довжину, яка визначається градієнтом поля головки та полями розмагнічування.

По-третє, магнітне поле розпорошення по ширині не дорівнює ширині блока головок запису/читання і залежить від величини електричного струму, що протікає через обмотку головки запису, а також від зазору між головкою запису та поверхнею диску, що обертається.

У зазорі головки запису магнітне поле можна розглядати як двомірне плоскопаралельне, а поза зазором магнітне поле має горизонтальну та вертикальну складові, розподілення яких впливає на характеристики запису.

Змінюючи напрямок магнітного поля в зазорі головки запису стає можливим створювати ділянки магнітного носія з напрямками намагніченості, що змінюються.

Їх можна детектувати у процесі зчитування, тобто аналіз цих переходів може бути використаний для аналізу розміщення на фізичному рівні інформації, що зберігається на поверхні пластини НЖМД .

Сигнал зчитування на виході голівки, при проходженні її над зоною переходу намагніченості на носії, звичайно характеризується шириною імпульсу зчитування на рівні 50% його амплітуди (параметр PW50). Теоретична модель зчитування припускає, що форма окремого імпульсу описується рівнянням Лоренца:

, (1)

де х визначає зсув від центра переходу намагніченості.

Для індуктивної голівки з зазором шириною g параметр PW50 визначається як:

, (2)

де d - відстань голівка-носій, - товщина носія, - параметр переходу.

Другий розділ присвячений дослідженню методів візуалізації магнітних полів носіїв інформації, що дозволять наочно аналізувати їх.

Для аналізу магнітних полів в дисертаційній роботі були вивчені і використані методі на основі магнітних суспензій, магнітооптичних методів та методів магнітної силової мікроскопії.

Найбільш відомим методом на основі використання магнітних суспензій є метод Біттера, у якому замість металевих обпилювань застосовано водяну колоїдну суспензію магнітних часток. Перебуваючи у зваженому стані, такі частки можуть швидко переорієнтуватися в залежності від напрямку прикладеного магнітного поля. Якщо нанести на намагнічену поверхню тонкий шар суспензії, то частки концентруються уздовж ділянок зразка, де намагніченість змінює свій знак, формуючи так звані картини Біттера, які можна спостерігати за допомогою оптичного мікроскопа.

Можливість застосування методів на основі використання магнітних суспензій для аналізу поверхні пластин НЖМД визначається, в основному, розмірами магнітних часток і складом розчину.

В якості магнітних суспензій використовуються залізорідини, які є стійкими колоїдальними суспензіями феромагнітних часток, наприклад, магнетиту Fe₃O₄, у різних середовищах. Магнітні частки, що мають геометричний розмір 30-150 ангстрем “інтегрують” самих себе в структуру рідкої складової магнітної суспензії за допомогою поверхнево-активних речовин, що формують захисну оболонку навколо кожної частки, що разом із процесом хаотичного руху часток гарантує стабільний стан магнітної часточки в захисній оболонці навіть у неоднорідних магнітних полях. Кожен мікроскопічний постійний магніт хаотично обертається і переміщається в рідкому середовищі під дією теплового руху. Зовнішнє магнітне поле орієнтує магнітні моменти часток уздовж ліній намагніченості, що приводить до зміни фізичних, магнітних, оптичних властивостей магнітної суспензії. Колоїдальні частки в магнітній рідині притягаються до областей максимуму магнітного поля під впливом польового градієнта доменних стінок. Тому, частки збираються на границях доменів, що при збільшенні представляють із себе темні лінії на світлому фоні. Область між двома темними лініями практично дорівнює геометричному розміру домену, а ширина темної лінії є шириною зони переходу.

Розміри магнітних часток, що знаходяться в магнітній суспензії, визначають роздільну здатність методу на основі використання магнітної суспензії.

При цифровому магнітному записі в магнітну голівку надходить струм, при якому поле запису через визначені проміжки часу змінює свій напрямок на протилежне. У результаті під дією полю розсіювання магнітної голівки відбуваються намагнічування чи перемагнічування доменів (бітових осередків) магнітного носія, що рухається. При періодичній зміні напрямку поля запису в робочому (магнітному) шарі носія виникає ланцюжок ділянок із протилежним напрямком намагніченості, що стикаються один з одним однойменними полюсами. У тих місцях, де вектори намагніченості на межі між магнітними доменами спрямовані під кутом до поверхні феромагнетика, виникають магнітні поля розсіювання.

Зважені частки, що вільно переміщаються в магнітній рідині, притягаються магнітними полями розсіювання і збираються над межами доменів, додаючи їм вигляд вузьких темних ліній. Проведений у роботі аналіз зображень магнітних доменів методом магнітних суспензій на поверхні НЖМД показує, що магнітні рідини концентруються в зонах зміни знака і дають розподіл часток, аналогічний картині розподілу амплітуд сигналів, що знімаються з магніто-резистивних голівок НЖМД.

Магнітооптичні методи візуалізації засновані на взаємному впливі магнітного поля якої-небудь поверхні на магнітооптичний кристал, що прикладається до цієї пластини. Серед них найбільш перспективними для дослідження магнітних носіїв є методи візуалізації з використанням плівок ферит-гранатів.

Основним елементом при візуалізації на ферит-гранатових плівках є магнітооптичний кристал, що здійснює перетворення магнітних полів розсіювання носія у світловий розподіл, що відповідає їхній величині і положенню в просторі.

Запропоновано структуру стенда для аналізу. Основним елементом стенду є магнітооптичний візуалізатор - кристал, за допомогою якого поле розсіювання магнітної сигналограми перетворюється у світловий розподіл, де інтенсивність світла відповідає величині і положенню в просторі магнітних полів розсіювання.

Отриманий при візуалізації світловий розподіл проектується через світлофільтр на позиційно-чуттєвий елемент цифрової відеокамери, телевізійний сигнал якої через адаптер введення зображення надходить у комп'ютер, де проводиться його обробка.

Магнітна силова мікроскопія є найбільш перспективною технологією, що використовуються для візуалізації магнітних полів. В основі магнітної силової мікроскопії покладена далекодіюча взаємодія магнітного зонда з локальним магнітним полем зразка. Зображення формується при скануванні зондом уздовж досліджуваної поверхні на відстані 10-500 нм від неї та одночасному вимірі сили магнітної взаємодії чи її градієнта, як функції положення зонда.

Зображення, прийняте зондом, містить інформацію як про топографію, так і про магнітні властивості поверхні. Який з ефектів буде домінувати, залежить від відстані між зондом та досліджуваною поверхнею. Якщо зонд розташовується близько до поверхні, буде переважати зображення топографії. При збільшенні відстані “зонд - зразок” відображаються магнітні властивості зразка. Показано, що методи магнітної силової мікроскопії можуть бути використані для аналізу будь-яких магнітних поверхонь носіїв інформації, шляхом сканування їхніх невеликих ділянок, що вимагає для аналізу всієї магнітної поверхні носія розробляти методи формування повного зображення поверхні .

У результаті проведених у другому розділі досліджень показано, що методи візуалізації магнітних полів розсіювання є інструментом, що дозволяє створювати візуальне представлення робочих поверхонь носія з роздільною здатністю, достатньою для побітового дослідження інформації. Встановлено, що застосування магнітних суспензій дозволяє проведення аналізу зображень магнітних поверхонь при щільностях запису до 1,5-2 Гб/кв.дюйм.

Побітове розрізнення досягається на щільностях до 200 Мбайт/кв.дюйм. При цьому існує можливість аналізу окремих біт і переходів намагніченості.

Оптичними методами структура магнітних полів інформації помітна при щільності запису до 40 Гб/кв.дюйм, що доцільно використовувати при аналізі сервоінформації, що записується на диск при його виробництві більш тривалими в часі магнітними полями, ніж інформаційні біти.

У третьому розділі досліджені процеси перезапису інформації.

У результаті досліджень процесів перезапису інформації встановлено, що на носії інформації залишаються інформаційні сліди попередніх записів. Показано, що ці сліди визначаються міжсимвольною інтерференцією, викривленнями при перезаписі, зв'язаними з існуванням важких і легких переходів намагніченості носія, залежністю величини перезапису від частоти і виду комбінацій перезапису, нелінійними зрушеннями переходів намагніченості.

Тому виникає необхідність розробляти спеціальні алгоритми і способи перезапису інформації, використовуючи які можна значно зменшити можливість відновлення раніше записаної інформації.

Основна ідея перезапису інформації полягає в перемагнічуванні кожного домену на диску максимальну кількість разів, не записуючи ту саму комбінацію двічі. При безпосередньому кодуванні інформації на носії у вигляді двоїчного коду існує можливість багаторазового її перезапису новими комбінаціями одиниць і нулів. У випадку НЖМД враховується те, що жорсткі диски використовують додаткове кодування вхідної інформації.

У четвертому розділі досліджено методи відновлення інформації.

Усі задачі по відновленню інформації з накопичувачів на жорстких магнітних дисках можна розділити на дві основні групи - це відновлення на логічному рівні та відновлення на фізичному рівні.

При організації збереження інформації на логічному рівні весь фізичний адресний простір НЖМД, розділяється на системну область та область даних користувача.

До системної області НЖМД відносяться такі елементи логічної структури накопичувача, як головний завантажувальний запис (MBR) накопичувача і системні області логічних дисків (завантажувальні записи логічних дисків (SMBR), таблиці FAT логічних дисків, кореневі каталоги логічних дисків).

При порушенні логічної структури розміщення даних на дисках задача відновлення інформації зводиться, як правило, до пошуку місця розташування початку файлів, що підлягають відновленню, та відновленню розірваних ланцюжків кластерів.

Рішення цих задач виробляється, у першу чергу, на основі пошуку, аналізу і відновлення ряду формальних ознак елементів файлової системи і самих файлів (сигнатур, атрибутів і т.п.). Автоматизовані процедури рішення таких задач складають основу більшості інструментальних програмних засобів по логічному відновленню інформації. У випадку перекручування даних, розміщених в області даних користувача, можливість і ступінь (обсяг) відновлення інформації визначається типами файлів, характером перекручувань даних, призначенням і місцем розташування даних у загальній структурі файлу.

Ефективність рішення всього комплексу задач по відновленню інформації на логічному рівні визначається можливостями програмних інструментальних засобів по логічному відновленню інформації і кваліфікацією інженерів центрів відновлення інформації.

Сутність втрати інформації на фізичному рівні зводиться до втрати можливості читання даних з фізичних секторів НЖМД на рівні команд зовнішнього інтерфейсу. Втрата інформації на фізичному рівні відбувається внаслідок повної чи часткової втрати працездатності НЖМД.

Попередня діагностика НЖМД, що втратив працездатність, включає кілька етапів і ґрунтується, головним чином, на використанні різних інструментальних засобів, однак не виключає і використання найпростіших методик діагностики, заснованих, наприклад, на аналізі акустичних сигналів, створюваних накопичувачем при включенні живлення й у процесі роботи.

Зміст і способи рішення задачі фізичного відновлення інформації і вимоги до відповідного інструментальним засобам цілком визначаються технічним станом, характером і ступенем втрати працездатності накопичувача.

У випадку повного відмовлення накопичувача ключову роль має рішення задачі доступу до даних, що зберігається у вигляді магнітних сигналограм на робочих поверхнях дисків.

Запропоновано використовувати два підходи одержання доступу до даних у випадку повного відмовлення накопичувача, а саме: рішення задачі доступу до даних несправного накопичувача припускає попереднє відновлення працездатності накопичувача в обсязі, що забезпечує, як мінімум, можливість читання даних на рівні команд зовнішнього інтерфейсу накопичувача та використання різних методів візуалізації магнітних полів і методів магнітної растрової мікроскопії для реєстрації магнітних сигналограм і їхньої наступної обробки для відновлення полів даних фізичних секторів дисків.

Запропоновано блок-схему технологічного процесу відновлення інформації, з обліком усіх логічних і фізичних збоїв у роботі .

Неточність позиціонування голівки запису при кожному новому проході над поверхнею диска обумовлює можливість відновлення інформації з поверхні НЖМД. У послідовних процесах запису дані перезаписуються не поверх, а з деяким просторовим чи фазовим зрушенням. При цьому на краях доріжки завжди виникають зони залишкової намагніченості. При нормальному процесі зчитування стандартна голівка читання усереднює сигнал, зчитаний з доріжки. При цьому будь-яка залишкова намагніченість на краях доріжки привносить лише незначний додатковий шум, що не приймається в увагу. Площа голівки читання на доріжці досить широка, у порівнянні з вузькими смужками залишкової намагніченості по краях доріжки. Крім того, ширина зазору голівки запису більше, ніж голівки читання, що приводить до того, що стандартна голівка практично не підходить до краю доріжки, записаною більш широкою голівкою запису.

Для аналізу інформації на поверхні дисків, вивчення структури сервозон і секторів даних, вимір параметрів сигналів, що зчитуються, автором розробленій комплекс аналізу магнітних сигналограм .

Комплекс дозволяє зчитувати сигнали не тільки в центрі доріжки, але і з її країв, а також з місця розміщення захисних інтервалів між доріжками, що дозволяє побачити залишкову намагніченість сигналів попередніх записів і виділити її із шумів носія. Зони залишкової намагніченості виникають через невеликі коливання в положенні сервоміток, а також через биття шпинделя двигуна НЖМД.

У п'ятому розділі досліджені методи знищення інформації, що зберігається на НЖМД.

1. Програмні, в основу яких покладене знищення інформації за допомогою штатних засобів запису інформації на магнітних носіях. У випадку знищення інформації на НЖМД програмним методом він може бути повторно використаний в інших ПК, після інсталяції нової ОС і додатків. Знищення провадиться найбільш простим і природним способом - перезаписом інформації. Перезапис - це процес запису несекретних даних в область пам'яті, де раніше містилися секретні дані.

2. Механічні, зв'язані з механічним ушкодженням основи, на яку нанесений магнітний шар - фізичний носій інформації.

3. Фізичні, зв'язані з фізичними принципами цифрового запису на магнітний носій і основані на перебудові структури магнітного матеріалу робочих поверхонь носія.

Програмні способи знищення інформації ґрунтуються на перезаписі інформації. В залежності від її важливості, пропонується кілька рівнів програмного знищення. Механічні методи не дають гарантії повного знищення інформації, тому що при цьому методі існує небезпека, що при здрібнюванні можуть залишитися фрагменти, достатньо великі, щоб відновити інформацію в лабораторних умовах.

В даний час оптимальним підходом для забезпечення надійного знищення інформації являється використання фізичних методів, заснованих на перебудові структури магнітного матеріалу робочих поверхонь носія в стан, коли втрачається його залишкова намагніченість.

Суть методу полягає в тому, що в НЖМД необхідно усунути неоднорідність вектора намагніченості ділянок робочої поверхні, що несуть інформацію про попередні записи.

Зазначена зміна структури поля вектора намагніченості магнітного шару може бути виконана кількома принципово різними способами:

1) шляхом швидкого нагрівання матеріалу робочого шару носія до точки втрати намагніченості носія (точка Кюрі);

2) шляхом розмагнічування чи ж намагнічування робочих поверхонь носія;

3) комбінований (нагрівання і намагнічування, або нагрівання і розмагнічування).

Більш продуктивним є підхід, зв'язаний з намагнічуванням робочих поверхонь носія до максимально можливих значень (насичення) носія.

Спосіб заснований на положенні, що у випадку НЖМД зовнішнє магнітне поле розглядається як аналог поля, створюваного магнітними голівками при записі. Якщо характеристики зовнішнього поля будуть перевищувати напруженість поля, створюваного голівками на таку величину, при якій відбудеться магнітне насичення матеріалу поверхні диску, то всі магнітні домени буде переорієнтовано у напрямку цього зовнішнього поля і вся інформація на НЖМД буде знищена.

Напрямок зовнішнього магнітного поля задається конструкцією і формою витків індуктора. Для найбільшої ефективності намагнічування зовнішнє поле повинне прикладатися в тій же площині, у якій працюють головки запису НМЖД. У цьому випадку ефект намагнічування максимальний.

Магнітне поле, яке генерується намагнічуючими установками при достатній амплітуді імпульсу, що намагнічується, приводить до знищення службової розмітки поверхні диска і даних у секторах.

Гарантоване знищення інформації визначається рівнями її важливості і конфіденційності:

1) неможливість визначення ознак інформативного сигналу;

2) неможливість упевненого (гарантованого) визначення ознак інформативного сигналу;

3) неможливість визначення смислового змісту повідомлення.

Для звичайних даних гарантованим знищенням вважається неможливість стовідсоткового відновлення інформації кваліфікованими фахівцями з застосуванням будь-яких відомих способів і засобів у необмежений період часу.

Запропоновано блок-схема алгоритму гарантованого знищення інформації. Гарантоване знищення підтверджується спеціальним контролем під час та після процесу знищення інформації, який може забезпечуватися наступними методами:

1. Метод безпосереднього виміру форми й амплітуди імпульсів індукції магнітного поля в камері НЖМД.

2. Метод на основі застосування магнітних суспензій.

3. Метод на основі магнітно-силової мікроскопії.

Найбільш доступним та ефективним з вищенаведених методів є метод магнітних суспензій.

ВИСНОВКИ

У результаті виконання дисертаційної роботи розроблені теоретичні основи відновлення інформації, збереженої на НЖМД, на підставі чого запропоновані і розроблені методи і засоби відновлення і гарантованого знищення інформації, що дозволило вирішити важливу для теорії і практики науково-технічну задачу.

Основними результатами роботи є:

1. Визначено основні властивості НЖМД і ефекти магнетизму, що дозволяють створювати методи і засоби відновлення і знищення інформації, збереженої на НЖМД.

2. Показано, що для аналізу записаної інформації на поверхні НЖМД в якості інформаційних ознак можуть бути використані залишкові сліди намагніченості від попередніх записів.

3. Показано, що розподіл зон намагніченості на поверхні НЖМД залежить від нестабільності руху носія, флуктуацій рівнів сигналів запису/читання, а також від неточності позиціонування блоку головок на доріжці запису, що дозволяє використовувати ці нестабільності в якості інформативних ознак при аналізі магнітних носіїв.

4. Запропоновано методи візуалізації магнітних полів розсіювання на основі застосування магнітних суспензій, магнітооптичних кристалів, магнітної силової мікроскопії, що дозволяють створювати візуальне представлення робочих поверхонь носія з дозволом, достатнім для побітового дослідження інформації.

5. Показано, що метод на основі застосування магнітних суспензій дозволяє проводити дослідження робочих поверхонь на щільностях до 1,5 Гб/кв.дюйм, а методи магнітної силової мікроскопії можуть бути використані для аналізу магнітної поверхні будь-якої щільності.

6. Запропоновано два методи відновлення інформації на фізичному рівні: копіювання даних усіх фізичних секторів на технологічний НЖМД і вибіркове копіювання необхідних файлів користувача, що дозволило створити при особистій участі автора багатофункціональний прилад “Epos Tester IDE”.

7. Запропоновано адаптивну технологію відновлення інформації, що полягає в адаптивній статистичній обробці даних, заснованої на принципах максимальної “правдоподібності”, що забезпечує високу продуктивність процесу відновлення при ушкодженні інформації на НЖМД, як на фізичному, так і логічному рівнях.

8. На основі аналізів способів знищення інформації, записаної на НЖМД, запропоновані методи побудови спеціалізованих пристроїв для стирання і знищення інформації на НЖМД, що дозволило створити при особистій участі автора ряд пристроїв, новизна ідеї на які підтверджена патентом.

9. Запропоновані, розроблені і впроваджені в практику технології відновлення і гарантованого знищення інформації, збереженої на НЖМД.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Коженевский С.Р. Методы уничтожения информации, хранимой на жестких магнитных дисках// Реєстрація, зберігання і обробка даних, К.: ІПРІ НАН України, 2002.- Т.4.- №1.- С. 80-88.

2. Коженевский С.Р. Аппаратные методы восстановления информации, хранимой на жестких магнитных дисках// Реєстрація, зберігання і обробка даних, К.: ІПРІ НАН України, 2002.-Т.4.- №2.- С. 62-71.

3. Коженевский С.Р. Методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования поверхностей накопителей информации// Реєстрація, зберігання і обробка даних, К.: ІПРІ НАН України, 2002.- Т.4.- №3.- С. 23-40.

4. Коженевский С.Р. Методы визуализации магнитных полей носителей информации// Реєстрація, зберігання і обробка даних, К.: ІПРІ НАН України, 2002.- Т.4.- №4.- С. 48-60.

5. Коженевский С.Р. Технологии восстановления доступа к информации на жестких дисках// Реєстрація, зберігання і обробка даних, К.: ІПРІ НАН України, 2003.- Т.5.- №2.- С. 94-108.

6. Коженевский С.Р., Солдатенко Г.Т. Предотвращение утечки информации по техническим каналам в персональных компьютерах// Захист інформації, 2002.- №2- С. 32-37. - Дисертанту належить аналіз проблем програмного знищення інформації, записаної на жорсткому диску.

7. Коженевский С.Р., Солдатенко Г.Т. Защита информации в цепях электропитания персонального компьютера// Захист інформації, 2002.- №3.- С. 52-61. - Дисертанту належить технічна реалізація зниження потужності небажаних випромінювань, які можуть утворити канал витоку інформації.

8. Коженевский С.Р. Методы визуализации магнитных полей носителей информации// Захист інформації, 2003.- №2.- С. 32-41.

9. Коженевский С.Р. Методы гарантированного уничтожения данных на накопителях на жестких магнитных дисках// Захист інформації, 2003.- №3.- С. 36-52.

10. Коженевский С.Р., Солдатенко Г.Т. ПЭМИН - нетрадиционный подход к исследованиям устройств персонального компьютера// Защита информации: сб. науч. трудов, К.: НАН Украины, 2002.- В. 2.- С. 118-123. - Дисертанту належить аналіз каналів (технічного) витоку інформації персонального комп'ютера.

11. Коженевский С.Р. Особенности хранения, восстановления и уничтожения информации на жестких дисках// Зб. наук. праць, “Інформаційні технології та безпека”.- К.: НАН України, 2002.- В. 1.- С. 66-75.

12. Коженевский С.Р. Безопасность хранения информации на жестких дисках// Зб. наук. праць “Інформаційні технології та безпека”. - К.: НАН України, 2003.- В. 4.- С. 65-85.

13. Коженевский С. Особенности хранения, восстановления и уничтожения информации на жестких дисках// Правове, нормативне та метрологічне забезпечення системи захисту інформації в Україні. - К.: ПП “ЕКМО”, Київ, 2002.- В.5.- С. 47-51.

14. Коженевский С.Р. Безопасность хранения информации на жестких дисках// Правове, нормативне та метрологічне забезпечення системи захисту інформації в Україні. - К.: ПП “ЕКМО”, Київ, 2003.- В. 7.- С. 193-209.

15. Коженевский С.Р., Солдатенко Г.Т. Методы гарантированного уничтожения данных на НЖМД// “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі. Проблеми науки, практики та освіти” Зб. наук. праць у 2-х частинах. Ч.2, Спеціалізований випуск за матеріалами 8 Міжнародної науково-практичної конференції 12-13 грудня 2002 року, К.: Вид-во Європейського університету, 2003.- С. 364-388. - Дисертанту належить дослідження фізичних методів знищення інформації на носіях шляхом намагнічування матеріалу робочих поверхонь дисків до насичення.

16. Коженевский С.Р. Методы визуализации магнитных полей носителей информации// “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі. Проблеми науки, практики та освіти” Зб. наук. праць у 2-х частинах. Ч.2, Спеціалізований випуск за матеріалами 8 Міжнародної науково-практичної конференції 12-13 грудня 2002 року, К.: Вид-во Європейського університету, 2003.- С. 388-405.

17. Коженевский С.Р., Проблемы безопасности при эксплуатации жестких дисков// Сб. научных трудов по материалам І Международного радиоэлектронного форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития”, Харьков, 2002.- Т.1.- С. 557-560.

18. Коженевский С., Мул Ю., Поречный В. Методы стирания информации, хранимой на жестких магнитных дисках//Экспресс электроника, 2002.- № 8.- С. 92-95. - Дисертанту належить алгоритм стирання інформації на жорстких магнітних дисках шляхом перезапису.

19. Коженевский С., Солдатенко Г. Жесткие диски и побочные излучения компьютера// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 47-50. - Дисертанту належить аналіз каналу небажаних випромінювань НЖМД і шляхи їх зменшення.

20. Коженевский С. Жесткий диск - прямой канал утраты информации// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 92-95.

21. Коженевский С. Особенности хранения, восстановления и уничтожения информации на жестких дисках// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 106-111.

22. Коженевский С. Аппаратные методы восстановления информации, хранимой на НЖМД// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 115-123.

23. Коженевский С., Прокопенко С., Левый С., Вишневский В. Методы визуализации магнитных полей носителей информации// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 124-134. - Дисертанту належить метод візуалізації магнітних полів носія інформації, заснований на застосуванні магнітної рідини для дослідження сучасних жорстких дисків.

24. Коженевский С., Прокопенко С. Методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования поверхностей накопителей информации и восстановления данных// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 135-143. - Дисертанту належить дослідження можливостей застосування скануючої зондової мікроскопії для аналізу поверхонь сучасних НЖМД.

25. Коженевский С. Проблемы программного удаления данных с жестких дисков// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 144-151.

26. Коженевский С. Методы гарантированного уничтожения данных на жестких магнитных дисках// “Информационная безопасность офиса”. Научно-практ. сб. “Технические средства защиты информации”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ТИД “ДС”, 2003.- В. 1.- С. 152-166.

27. Коженевский С.Р., Прокопенко С.Д., Ткаченко С.Ю. “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Методическое пособие”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ЕПОС”, 2004.- 48 С. - Дисертанту належить аналіз структури системи позиціонування НЖМД.

28. Коженевский С. “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Визуальный анализ”.- К.: ООО “ЕПОС”, 2004.- 64 С.

29. Коженевский С. “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Основы хранения информации”.- К.: ООО “ЕПОС”, 2005.- 72 С.

30. Коженевский С.Р. Информационная безопасность// Научно-практ. сб. В. 2. “Информационная политика и технологии”. Под редакцией Коженевского С.Р. - К.: ООО “ЕПОС”, 2005.- 128 С.

31. Коженевский С. “Взгляд на жесткий диск “изнутри”. Перезапись информации”.- К.: ООО “ЕПОС”, 2006.- 120 С.

АНОТАЦІЇ

Коженевський С.Р. Методи і засоби відновлення та знищення інформації на жорстких магнітних дисках. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Елементи і пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Національних технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2006.

У дисертаційній роботі розроблені теоретичні основи відновлення інформації, збереженої на накопичувачах на жорстких магнітних дисках (НЖМД).

Визначено основні властивості НЖМД та ефекти магнетизму, що дозволяють розробити технології та засоби відновлення та знищення інформації.

Розроблені методи візуалізації магнітних полів поверхонь носіїв інформації НЖМД з роздільною здатністю, достатньою для побітового дослідження записаних даних.

Запропоновані, розроблені та впроваджені в практику спеціалізовані пристрої та технології відновлення та гарантованого знищення інформації, збереженої на НЖМД.

Ключові слова: накопичувач на жорсткому магнітному диску, НЖМД, візуалізація магнітних полів, відновлення інформації, знищення інформації, залишкові сліди намагніченості, магнітні суспензії, спеціалізований пристрій, технологія.

Коженевский С.Р. Методы и способы восстановления и уничтожения информации на жестких магнитных дисках. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2006.

Проведен анализ процессов записи и считывания сигналов с накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД), логической организации и принципов хранения данных, а также кодирования данных при записи на НЖМД.

Определены основные свойства НЖМД и эффекты магнетизма, которые позволяют разработать технологии и средства восстановления и уничтожения информации.

Разработаны методы визуализации магнитных полей поверхностей носителей информации НЖМД с оптическим разрешением, достаточным для побитового исследования записанных данных.

Для анализа поверхности магнитных носителей использовались методы на основе использования магнитных суспензий; магнитооптические методы, методы магнитной растровой микроскопии.

Проведен анализ характеристик магнитных суспензий, необходимых для визуализации информации на поверхности исследуемого НЖМД.

Проведены исследования сервоструктур современных НЖМД с помощью методов на основе использования магнитных суспензий. Исследованы возможности оптических микроскопов для визуализации и анализа информации на поверхности пластин НЖМД.

Проведен анализ процессов перезаписи информации НЖМД. Определены наиболее важные искажения при перезаписи информации, связанные с существованием сдвигов “трудных” и “легких” переходов намагниченности носителя, а также нелинейных сдвигов переходов намагниченности.

Исследованы известные алгоритмы и способы перезаписи информации и определены их возможности для уничтожения данных при различных плотностях записи информации на НЖМД.

В диссертационной работе разработаны теоретические основы восстановления информации, хранимой на НЖМД.

Рассмотрены две технологии получения доступа к данным в случае полного отказа НЖМД: предварительное восстановление работоспособности накопителя в объеме, обеспечивающем, как минимум, возможность чтения данных на уровне команд внешнего интерфейса накопителя; использование различных методов визуализации магнитных полей для регистрации магнитных сигналограмм и их последующей обработки при восстановлении информации.

Для анализа информации на поверхности дисков, изучения структур сервозон и секторов данных, измерения параметров считываемых сигналов разработан комплекс анализа магнитных сигналограмм, позволяющий производить амплитудные и спектральные измерения анализируемых сигналов.

Теоретические исследования и практика по восстановлению информации на НЖМД позволили разработать алгоритмы восстановления данных и создать программные и аппаратные комплексы для восстановления информации на НЖМД.

Проведен анализ различных способов уничтожения информации, хранимой на НЖМД. На основе изучения физических методов уничтожения информации предложена технология уничтожения информации на НЖМД путем намагничивания рабочих поверхностей накопителя мощным магнитным импульсом.

Предложены методы контроля за уничтожением информации на основе применения метода непосредственного измерения формы и амплитуды импульсов индукции магнитного поля в камере НЖМД, а также магнитной силовой микроскопии и метода на основе применения магнитных суспензий.

Предложены, разработаны и внедрены на практике специализированные приборы и технологии гарантированного уничтожения информации, хранимой на НЖМД.

Ключевые слова: накопитель на жестком магнитном диске, НЖМД, анализ, восстановление информации, уничтожение информации, перезапись информации, остаточные следы намагниченности, визуализация магнитных полей, магнитные суспензии, специализированные приборы, контроль, технология.

Kozhenevsky S.R. Methods and means for data recovery and data erasure on hard disk drives. - Manuscript.

Ph.D. thesis on specialty 05.13.05. - Elements and devices of computing equipment and control systems. - National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 2006.

In this thesis the theory of HDD data recovery is developed.

Defined are the main HDD characteristics and magnetics effects that allow to develop the technologies and means for data recovery and erasure.

The methods for visualization of HDD platters stray magnetic fields are developed with resolution sufficient for bit-by-bit examination of recorded data.

Proposed, designed and implemented are specialized devices and technologies for data recovery and secure data erasure on HDD.

Key words: hard disk drive, magnetic field visualization, data recovery, data erasure, residual magnetization traces, magnetic suspension, specialized device, technology.

Размещено на Allbest.ru

...