CN105183401A - 一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统，目的在于解决传统的RAID-5的架构下损坏两块物理盘时数据难以恢复的不足，其包括以下步骤：获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；加密索引块信息；创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。该固态硬盘数据恢复的方法、装置及系统通过将物理盘上的索引块信息及时备份在块设备上，从而解决了RAID-5架构下损坏两块物理盘时数据难以恢复的问题。

Description

一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及计算机数据恢复领域，特别涉及一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统。

背景技术

RAID(RedundantArraysofIndependentDisks，磁盘阵列)指通过RAID控制器，通过硬件或软件方式，将多台实体磁盘驱动器结合成一台大容量的虚拟磁盘驱动器，RAID的存储原理是利用位带及目前主流的区块带的分割方式，将相同的数据分散储存到各磁盘驱动器中的不同数据块，以在任一磁盘驱动器的数据块受损时，可经过XOR运算，对存储在其它磁盘驱动器内的校验磁盘分段及数据块内的数据进行比对及运算，以重建受损的数据。

目前市场上普遍使用的RAID-5(RAIDLevel5)型的独立磁盘冗余阵列，图1示出了三块物理盘搭配RAID控制器组建成的RAID-5常规左异步架构示意图，其中，P0为数据条带0、1的校验值，P1为数据条带2、3的校验值，P2为数据条带4、5的校验值。当上述这些物理盘0、1及2中任一块的数据条带受损而无法存取时，RAID控制器会将RAID转换成降级模式，并在降级模式下，利用上述其他的物理盘存储的数据条带或校验值，继续进行数据的存储，此时，若将受损的物理盘取出，并更换上正常且空白的新的物理盘时，RAID控制器将会为RAID进行组态重建，并将旧数据写至新的物理盘，使RAID得以继续正常运作。

然而，在传统的RAID的架构下，若遇上同时两块物理盘受损，RAID控制器无法令RAID转换成降级模式，继续执行对数据进行重建的工作，而造成RAID毁损。因此，如何设计出一种固态硬盘数据恢复的方法、装置及系统，以在RAID毁损时，即发生两块物理盘甚至更多受损而导致RAID组态毁损的情形下，仍能对数据进行恢复。

发明内容

为了克服现有技术传统的RAID-5的架构下损坏两块物理盘时数据难以恢复的不足，本发明的目的在于提供一种在两块物理盘损坏时仍能恢复数据的固态硬盘数据恢复的方法、装置及系统。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：提供一种固态硬盘数据恢复方法，该方法包括：

获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密索引块信息；

创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；

解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

优选地，所述获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息包括：

根据主引导记录获取所述超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据所述位置判定值D1获取超级块信息，其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

优选地，所述加密索引块信息包括：

将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，第二随机码存入所述数据库；

利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

优选地，所述解密数据库存储的索引块信息包括：

向数据库申请获取所述第二随机码和所述三级密钥；

利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息。

优选地，所述根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复包括：获得块设备中的备份点；获取备份点中的索引块信息；根据索引块信息采用数据块寻址进行数据恢复。

本发明还提供了一种固态硬盘数据恢复装置，包括：

获取单元,用于获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密单元，用于加密索引块信息；

存储单元，用于创建数据库存储经过加密的索引块信息；

解密备份单元，用于解密数据库存储的索引块信息，并在块设备上创建备份点且备份解密后的索引块信息；

数据恢复单元，用于根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

优选地，所述获取单元还具体用于：

根据主引导记录获取所述超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据所述位置判定值D1获取超级块信息，其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

优选地，所述加密单元包括：

生成单元，用于将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

加密子单元，用于通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

第一编码存储单元，用于利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，并将第二随机码存入所述数据库；

第二编码存储单元，用于利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

优选地，所述解密备份单元包括：

请求单元，用于向数据库申请获取第二随机码和三级密钥。

解密子单元，用于利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息

本发明进一步还提供了一种固态硬盘数据恢复系统，包括处理器，所述处理器用于：

获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密索引块信息；

创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；

解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统通过加密索引块信息提高了索引块信息的安全性，避免了索引块信息外泄，同时通过将解密的数据库上的索引块信息及时的备份在块设备上，实现了双重保护，提高了信息抗损能力，再加上及时创建的备份点，极大的方便系统根据实际需要读取相关信息，减少了对块设备的频繁访问，提高了系统的流畅度，同时其还有效的解决了RAID-5架构下损坏两块物理盘时数据难以恢复的不足。值得一提的是由于本发明将索引块信息备份数据库的外部，因此其还能解决当物理盘损坏多于一个，同时小于所有物理盘数量时的数据库丢失不易恢复的问题，大大提高了RAID-5架构下的存储系统的抗损能力。

附图说明

图1是传统RAID-5常规左异步架构示意图；

图2是Ext2磁盘数据结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种固态硬盘数据恢复方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种固态硬盘数据恢复方法的数据块寻址恢复数据示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明一种固态硬盘数据恢复方法、装置及系统，应用于独立硬盘冗余阵列(RedundantArrayofIndependentDisk，以下简称RAID)，尤指一种RAID-5型架构的独立硬盘冗余阵列，RAID由至少3块以上的物理盘搭配RAID控制器所组成的逻辑盘，其中相同的数据分别存储在多个物理盘中的不同区块内。在本发明之一的最佳实施例中，以Linux系统中常用的Ext2文件系统为例，说明本发明的设计理念及工作情形。

图2为Ext2磁盘数据的结构示意图，从图2中看到，Ext2分区的第一块为用于存放引导程序的引导块，其用于引导Ext2文件系统的分区，不过，该引导块不受Ext2文件系统的管理，Ext2分区的其余部分则划分成若干块组，如图2所示的块组0至块组N。

每个块组包括用于存储文件系统的配置参数和动态信息的超级块、用于存放本块组描述符的组描述符、用于描述本块组所管理的块的分配状态的数据块位图、用于描述本块组所管理的节点的分配状态的索引节点位图、用于存储本块组索引节点的索引节点表以及用于存储数据的数据块。

图3示出本发明一种固态硬盘数据恢复方法的流程示意图，该固态硬盘数据恢复的方法包括：

S101、获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

具体的，根据主引导记录获取超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据位置判定值D1获取超级块信息，

其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

优选的，主引导记录为MBR(MainBootableRecord)磁盘分区的引导扇区。

在Linux的Ext2文件系统中，通过读取引导块信息获取Ext2分区的块组，再从块组中获取超级块，接着根据超级块获取索引节点表，最后根据索引节点表，获取直接块或间接块信息。

S102、加密索引块信息；

具体的，步骤102可以是：

将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，第二随机码存入所述数据库；

利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

在将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥之前包括初始化步骤：

生成第一随机码；

通过外部输入创建请求流。

在利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，第二随机码存入所述数据库之前，包括初始化步骤：生成第二随机码。

在Linux的Ext2文件系统中，Linux系统生成一段第一随机码，第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥。随后，Linux系统通过Rijndael算法利用一级密钥对数据信息进行加密，加密是分包进行的，此过程完毕后，系统生成一段第二随机码，并利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，第二随机码存入数据库。最后，Linux系统还会利用密钥保护码将二级密钥编码成三级密钥，并将三级密钥也存入数据库。可选的，上述请求流为外部输入的任意字符串。

S103、创建数据库存储上述经过加密的索引块信息；

具体的，数据库首先创建新的数据库，然后根据索引块信息创建数据库列表，最后将经过加密处理的索引块信息一一写入列表中。

S104、解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

具体的，解密数据库存储的索引块信息包括向数据库申请获取第二随机码和上述三级密钥；

利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息。

在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息包括数据库将索引块信息发送给块设备，块设备则按柱面、磁头以及扇区的方式创建备份点且备份。

S105、根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

具体的，步骤105可以是，获得块设备中的备份点；获取备份点中的索引块信息；根据索引块信息采用数据块寻址进行数据恢复。

关于数据块寻址，如图4所示的Ext2对文件的数据块进行寻址的数据结构示意图，为了描述方便，现假定EXT2_N_BLOCKS的默认值为15，同时，假设丢失的数据信息是块组1和块组6，下面是具体找回步骤：

在Ext2文件系统中已经建立了每个文件块号与相应逻辑块号之间关系，同时，在索引节点内部部分实现了这种映射，块组0、块组2、块组3、块组4、块组5、块组7、块组8、块组9、块组10、块组11只有一个级别，属于直接寻址；块组12包括一个块的逻辑块号，这个块表示逻辑块号的一个二级数组，这个数组的元素对应的文件块号从12至b/4+11；块组13中的元素包括一个间接块的逻辑块号，而这个块包括逻辑块号的一个二级数组，这个二级数组的数组项依次指向三级数组，这个三级数组存放的才是文件块号对应的逻辑块号，对应的文件块号从b/4+12至(b/4)^2+(b/4)+11；块组14中的元素使用三级间接索引，第四级数组中存放的才是文件块号对应的逻辑块号，对应的文件块号从(b/4)^2+(b/4)+12至(b/4)^3+(b/4)^2+(b/4)+11。这样，该Ext2文件系统通过索引信息以及每个文件块号与相应逻辑块号之间关系就可以找回未丢失的块组数据。

值得一提的是，在实际中，有时并不需要块设备中备份的文件，具体如下：

当RAID-5损坏一块物理盘时，如果是数据盘有一块条块损坏时，阵列进入降级状态，这个时候如果有热备盘，热备盘将会自动顶上，数据将通过校验盘异或运算找回，阵列进入重建状态；如果是校验盘损坏时，阵列无影响，数据完好无损。

当RAID-5损坏两块物理盘时，如果是数据盘中有一块条块丢失和校验盘中有一块校验块坏了。这时候，阵列将丢失四分之一的数据；当损坏的两块盘都是数据盘时，阵列并没有进入失效状态。

以上两张情况剩下的数据均可通过以下方式把数据找回。

第一种情况：当数据库未丢失时，直接通过数据库将数据恢复，即将数据库中数据解密，然后获取其中索引信息即可。

第二种情况：当数据库丢失时。通过获取备份在块设备中的索引块信息来恢复数据，即获取备份点，然后通过获取备份点中的索引块信息恢复数据。

综上，S105具体应用于损坏不少于两块物理盘时，不过考虑到索引块信息已经备份在外部，因此，其也可以恢复当损坏物理盘的数量小于所有物理盘数的情形。

应当理解的是，上述固态硬盘数据恢复的方法不限定为Ext2，其他譬如Ext3或者跟Ex2具有相同或相似的磁盘结构均可，同时，操作系统也可以为UNIX或其他的UNIX-LIKE等。

本发明实施例还提供了一种固态硬盘数据恢复装置，该装置可以实现前述实施例所描述的方法，该装置包括：

获取单元，用于获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密单元，用于加密索引块信息；

存储单元，用于创建数据库存储经过加密的索引块信息；

解密备份单元，用于解密数据库存储的索引块信息并在块设备上创建备份点且备份；

数据恢复单元，用于根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

获取单元还具体用于：根据主引导记录获取所述超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据位置判定值D1获取超级块信息，其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

加密单元包括：

生成单元，用于将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

加密子单元，用于通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

第一编码存储单元，用于利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，并将第二随机码存入所述数据库；

第二编码存储单元，用于利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

所述解密备份单元包括：

请求单元，用于向数据库申请获取第二随机码和三级密钥。

解密子单元，用于利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息。

上述数据恢复单元，还具体用于：获得块设备中的备份点，获取备份点中的索引块信息，根据索引块信息采用数据块寻址进行数据恢复。

本是实施例中的装置与前述实施例中的固态硬盘数据恢复方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施中的装置的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

本发明实施例还提供了一种固态硬盘数据恢复系统，其包括存储器和处理器，该处理器用于：

获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密索引块信息；

创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；

解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

本是实施例中的系统与前述实施例中的固态硬盘数据恢复方法是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对方法实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚地了解本实施中的系统的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少有以下技术效果：

通过加密索引块信息提高了索引块信息的安全性，避免了索引块信息外泄，同时通过将解密的数据库上的索引块信息及时的备份在块设备上，实现了双重保护，提高了信息抗损能力，再加上及时创建的备份点，极大的方便系统根据实际需要读取相关信息，减少了对块设备的频繁访问，提高了系统的流畅度，同时其还有效的解决了RAID-5架构下损坏两块物理盘时数据难以恢复的不足。值得一提的是由于本发明将索引块信息备份数据库的外部，因此其还能解决当物理盘损坏多于一个，同时小于所有物理盘数量时的数据库丢失不易恢复的问题，大大提高了RAID-5架构下的存储系统的抗损能力。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种固态硬盘数据恢复方法，其特征在于，该方法包括：

获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密索引块信息；

创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；

解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

2.如权利要求1所述的固态硬盘数据恢复方法，其特征在于，所述获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息包括：

根据主引导记录获取所述超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据所述位置判定值D1获取超级块信息，其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

3.如权利要求1所述的固态硬盘数据恢复方法，其特征在于，所述加密索引块信息包括：

将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，第二随机码存入所述数据库；

利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

4.如权利要求3所述的固态硬盘数据恢复的方法，其特征在于，所述解密数据库存储的索引块信息包括：

向数据库申请获取所述第二随机码和所述三级密钥；

利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息。

5.如权利要求1所述的固态硬盘数据恢复的方法，其特征在于，所述根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复包括：获得块设备中的备份点；获取备份点中的索引块信息；根据索引块信息采用数据块寻址进行数据恢复。

6.一种固态硬盘数据恢复装置，其特征在于，包括：

获取单元,用于获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密单元，用于加密索引块信息；

存储单元，用于创建数据库存储经过加密的索引块信息；

解密备份单元，用于解密数据库存储的索引块信息，并在块设备上创建备份点且备份解密后的索引块信息；

数据恢复单元，用于根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述获取单元还具体用于：

根据主引导记录获取所述超级块信息所在扇区号的位置判定值D1；

根据所述位置判定值D1获取超级块信息，其中，D1＝主引导记录所在扇区号+主引导记录的分区的隐藏扇区数/(i-1)，i为磁盘数量；

根据超级块信息获取预设的索引节点的结构特征信息获取索引节点表，并根据索引节点表获取索引节点的索引块信息。

8.如权利要求6所述的固态硬盘数据恢复装置，其特征在于，所述加密单元包括：

生成单元，用于将第一随机码和请求流中的任意字符串经过编码后生成一级密钥；

加密子单元，用于通过Rijndael算法利用所述一级密钥对索引块信息进行加密；

第一编码存储单元，用于利用第二随机码将一级密钥编码成二级密钥，并将第二随机码存入所述数据库；

第二编码存储单元，用于利用密钥保护码将所述的二级密钥编码成三级密钥，并将所述三级密钥存入数据库。

9.如权利要求8所述的固态硬盘数据恢复装置，其特征在于，所述解密备份单元包括：

请求单元，用于向数据库申请获取第二随机码和三级密钥。

解密子单元，用于利用所述第二随机码和三级密钥通过反编码解密索引块信息。

10.一种固态硬盘数据恢复系统，包括存储器和处理器，其特征在于，所述处理器用于：

获取超级块信息并根据超级块信息获取索引块信息；

加密索引块信息；

创建数据库存储所述经过加密的索引块信息；

解密数据库存储的索引块信息，在块设备上创建备份点并备份解密后的索引块信息；

根据块设备上备份的索引块信息进行数据恢复。