软件安全 | 磁盘探秘
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软件安全
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222

2305 字
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10 分钟

Overview

该实验的任务是从电脑里选取较大的文件（大于10MB），给出从文件目录出发，查找该文件簇链信息的过程，并输出该文件的簇段，可以选区的filesystem有三种: FAT32, NTFS, ext3/ext4

Linux下的查找方式

我们先从Linux下的文件系统入手，因为是开源的，相对也要简单些

ext4基本知识

ext4 是Linux系统中最常用的文件系统之一，是 ext2/3 的改进版，它的性能、可靠性和容量支持上都有显著提升。其核心思想是通过inode、block、extent等结构管理文件数据

文件系统的基本单位：Block（块）

  • 块（block） 是 ext4 文件系统分配磁盘空间的最小单位，常见大小为 4KB。
  • 每个文件的数据都存放在一个或多个块中。
  • 文件系统的性能、碎片率与块大小密切相关：块越大，寻址越少但浪费空间越多；块越小则反之。

文件元数据：Inode（索引节点）

每个文件对应一个 inode，其中保存文件的元数据信息：

  • 文件类型（普通文件、目录、符号链接等）
  • 访问权限与所有者
  • 文件大小、时间戳（ctime、mtime、atime）
  • 文件数据块（block）或 extent 的指针

注意：inode 本身不存储文件名，文件名保存在目录项（directory entry）中，通过 inode 号关联。

文件数据定位：Extent（区段）

ext4 相比 ext2/ext3 的最大改进之一是引入了 extent（簇段）结构。

  • Extent 表示一个“连续的数据块范围”，形式为： (逻辑块号范围) → (物理块号起点)
  • 一个文件通常包含多个 extent，每个 extent 描述一个连续的存储区域。
  • 这种方式显著减少了文件碎片，提高了大文件访问效率。

目录（Directory）

  • 目录也是一种文件，其内容是一系列 目录项（directory entries）。
  • 每个目录项记录一个文件名与对应的 inode 号。
  • 当用户通过路径访问文件时，系统会逐级查找目录项，直到找到目标 inode。

确定目标文件与文件系统类型

首先我们要确定我们计算机的文件系统类型，Linux一般为ext类型的

df -T
Bash

在这里面我们可以找到/根目录，其Filesystem是/dev/sde，Type是ext4

我们这次要实验的内容是上次wmctf的一个rar附件，没打出来真难受

ll wmeasyker.rar
Bash

可以发现它的大小为 $16505420 \approx 15 \times 1024 \times 1024$ ，大小大约为15MB符合我们的实验要求

df -T wmeasyker.rar
Bash

确认该文件在/dev/sde下

查看文件的物理块映射（簇链）

sudo filefrag -v wmeasykey.rar
Bash

  • 第一行列出的就是Filesystem type，其值为ef53，这是ext2/3/4的魔数
  • 第二行是该文件的大小和占据的磁盘块数，一块为4096 bytes
  • 下面的表格显示的就是该文件的簇链信息，共有两个extents
    • 第一个extnet从逻辑块0~2047，物理块为170856448~170858495，共2048块
    • 第二个extent从逻辑块2048~4029，物理块为69863424~69865405，共1982块
    • 其中第二个extent中记录了上一个extent的结束位置和eof标识符

sudo debugfs "stat /home/gary/Temp/wmeasyker.rar" /dev/sde
Bash

使用这个命令能看到更详细的信息

尝试从磁盘中恢复这个文件

首先我们要确定系统的磁盘每一块的大小

sudo tune2fs -l /dev/sde | grep 'Block size'
Bash

发现每一块的大小为4096，那么我们就可以使用dd命令从磁盘中读取数据了

# 读取文件
sudo dd if=/dev/sde of=part1.bin bs=4096 skip=170856448 count=2048
sudo dd if=/dev/sde of=part2.bin bs=4096 skip=69863424 count=1982

# 合并文件
cat part1.bin part2.bin > recover_file.bin
truncate -s 16505420 recover_file.bin
Bash

得到大小一样的文件，然后我们来检查文件内容是否一致

md5sum recover_file.bin wmeasyker.rar
Bash

bingo~

windows下的查找方式

windows下的磁盘一般都是NTFS格式的

winhex直接找到簇号

还是这个文件，先将我们的磁盘在winhex中打开，找到我们的文件，即可找到其簇号的信息，而且我们知道它在根目录下（用作后续的验证）

从 Boot sector 找到 MFT

一个NTFS磁盘一般是这样子的，因此我们找到磁盘的最开始就能看到Boot sector

直接放出前0x100偏移的数据，想看更直观的数据可以使用模板自动解析

我们还是分析一遍好

我们的目标是找到MFT的位置，那么就需要这么几个关键的数据：

参数偏移含义示例值
Bytes per sector0x0B每扇区字节数512
Sector per cluster0x0D每簇扇区数8
Start C# $MFT0x30$MFT 起始簇号786,432
FILE record size indicator0x40每个 MFT 记录大小-10

计算出每簇的字节数：

ClusterSize = BytesPerSector × SectorsPerCluster
            = 512 × 8 = 4096 bytes
Bash

计算$MFT的起始物理偏移：

MFT_Offset = MFT_Start_Cluster × ClusterSize
786432 × 4096 = 3221225472 (= 0xC0000000)
Bash

跳转之后发现了这样的内容

可以发现右侧有FILE0字样，这就是我们要找的$MFT的起始位置了。后来在复盘的时候发现起始可以不用算，Start C# $MFT就是我们要找的值

查看MFT的文件数据区域

在MFT的格式中，数据区域的开头是0x80，那么我们顺着看就能看到了

观察其第 8 位的数据是1代表非常驻属性，在非常驻属性结构中，0x20-0x21是data runs的偏移，其值为0x40，那么在0x40偏移处的值就是data runs，在这里只有一个data runs，该值是32 00 63 00 00 0C，末尾的00 00是结束符，这也代表我们的MFT是一个连续的区域，不是分散的，如果是分散的就要到对应的地方去找

接着来分析data runs，第一位32是压缩字节，高位和低位相加3+2=5，这表示该data runs占 5 个字节，即00 63 00 00 0C

其中高位表示起始簇号占用的字节数，低位表示大小占用的字节数。在这里起始簇号为00 00 0C也就是0xC0000，总共有00 63即0x6300个簇，这和我们先前找到的MFT起始区域是一致的，也就是代表我们的MFT区域从0xC0000簇开始，总共有0x6300个簇

跳转之后到了这个地方，观察右边的详细信息和这个是对的上的

查找根目录的MFT表项

我们继续找到根目录的偏移，在MFT中，根目录是第五个索引号，从我们先前获取的信息可以得知 1 个簇等于 8 个扇区，1 个扇区为 512 bytes，在MFT中获取的FILE record size indicator的值为-10，代表每个MFT项占$2^{-1 \times -10}=2^{10}=1024 \quad bytes$，也就是每 2 个扇区 1 个MFT项，根据这些信息我们就能找到根目录的位置了，计算公式如下：

root_record_offset = MFT_base_offset + 5 * MFT_record_size
0xC0000 = 786432(cluster) -> 786432 * 8 = 6291456(sector)
6291456(sector) + 5 * 2(sector) = 6291466(sector) -> root
Bash

跳转之后是这样的内容，根据右侧的内容可以确定我们找对了

那么接下来就是找root的索引树分配树节点或者索引根属性，对应的header是0xA0和0x90，一般先用0x90，当存储不下时用0xA0，部分目录，会将子节点保存在0x90属性中 ，如只有一个空文件夹的目录结构，或者只有一个文件的目录。其他数据目录结构多在0xA0属性中

我们直接看0xA0的数据

对于一个标准索引头的定义如下：

但是在0xA0的索引列表中存在无文件名，无MFT RECORD ID的数据的异常数据，也包括当前节点的索引数据。获取数据的时候需要进行(去噪)处理

最后的结果我们可以在模板中看到

我们所关注的是Run List的偏移地址为0x48

这是对应的数据，那么直接计算就行0x24起始，大小0x1

跳转之后在这个地方，观察右侧数据显示正确

那么我们接着找根目录下的文件就行

找到目标文件

在这里就找到了我们的文件名，根据下图计算出文件MFT的索引号

我们直接上模板就行，就是个一一对应

其中有用的是文件的MFT记录号

0x18B80 = 101248(index) / 4 = 25312(cluster)
786432(MFT cluster) + 25312(cluster) = 811744(cluster)
Bash

跳转后发现正式我们要找的文件的MFT，然后找它的data runs就行了

Run List的值为32 BE 0F B2 96 42 00 00

将其分割就是B2 96 42(0x4296B2)和BE 0F(0xFBE)

找起始簇4363954，跳转！

跳转后发现正确的文件头同时在右侧找到对应的信息

和一开始根据文件名找到的信息对上了，都 5 小时前了，成功了！！！:)

如果还有子文件夹，那么递归查找就行，重复工作

总结

这次实验研究了Linux和Windows两种操作系统下两种文件系统ext4和NTFS的磁盘存储，其中Linux下的相对简单，Windows下的则较为复杂，还是要多实践才能搞懂其中的原理 🙂

相关参考文章
Qt/C++ 了解NTFS文件系统，了解MFT(Master File Table)主文件表（一）
文件系统3：NTFS
diskLinuxsoftware-securityWindows

评论

  1. Daik321
    Windows Edge
    2 月前
    2025-10-18 21:26:43

    质量很高

发送评论 编辑评论 


				

			

						

				

					

						

							

								
							

							
						

					

				

				

					

						

							

								
							

							
						

					

				

				

					

						

							

								
							

							
							
													

					

				

			

			
			

				

					
				

			

				

											

							
							
						

																

							
							
						

																

							
							
						

										
					
											
						

	

		
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