CN111897675B - 一种手机端f2fs文件系统的近期删除文件恢复方法 - Google Patents

一种手机端f2fs文件系统的近期删除文件恢复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，包括：(1)读取F2FS文件系统Superblock超级块区，获取Node Address Table节点信息表、Checkpoint检查点段以及Main Area主数据区的起始地址，确定F2FS文件系统根目录文件节点号ino；(2)读取有效Checkpoint检查点段中的缓存区，运用基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法完成对Node Address Table节点信息表的信息更新；(3)在更新后的Node Address Table节点信息表中获取并解析.Trash文件；(4)解析.Trash子文件的inode数据区，获取近期删除文件的文件名和原存储路径；(5)恢复.Trash文件下存储的近期删除文件。本发明针对F2FS文件系统的恢复删除数据方面，解析获取被删除文件速度更快、效率更高，应用效果更好。

Description

一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法
技术领域
本发明涉及信息安全技术及数据恢复领域，特别设计一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法。
背景技术
随着闪存存储设备制造成本的大幅下降，闪存存储设备正逐步取代传统的磁盘，成为主要的存储设备之一。F2FS文件系统(Flash Friendly File System)采用log-structured文件系统方案，并修复旧式日志结构文件系统的滚雪球效应和高清理开销等一些已知问题，专门针对NAND闪存存储介质做了友好设计，是一种基于NAND的存储设备设计的新型开源Flash文件系统。F2FS文件系统更好的发挥了闪存存储设备的性能优势，华为率先将F2FS文件系统加入到自己的产品中，随后不少厂商也跟进采用该文件系统来取代Ext4文件系统。到目前为止，有多个厂商的移动设备已经使用该文件系统并收到消费者的广泛好评，其中包括三星Galaxy Note 10、华为Mate20、Google Pixel 3、Moto Z等。有些厂商的设备虽仍然使用Ext4文件系统，但支持从Ext4到F2FS的转换，F2FS文件系统现已经得到了各制造商越来越广泛的关注和应用。
F2FS文件系统仅支持在Linux操作系统运行，基于Windows操作系统下对F2FS文件系统的数据解析相关研究还很少，支持F2FS文件系统数据删除恢复的相关研究也还不充分，因此本专利基于Windows操作系统，根据手机端F2FS文件系统特有的读写访问机制以及垃圾回收机制，提出一种对手机端F2FS文件系统被删除文件数据解析恢复的方法，对文件系统数据取证具有重大意义。
发明内容
本发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种对手机端F2FS文件系统解析恢复被删除文件数据的方法。本发明通过利用用户在手机端删除相应文件的操作即等同于用户在图形界面删除文件，根据在图形界面删除文件并不直接删除文件而是将文件先放置在.Trash目录下的特点，通过寻找确认.Trash目录文件，结合基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法得到的最新有效NAT节点信息表，对用户近期删除文件进行数据恢复，该方法可以更快的实现对用户近期删除数据的恢复。
本发明提出一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，具体步骤如下；
(1)读取F2FS文件系统Superblock超级块区，获取Node Address Table节点信息表、Checkpoint检查点段以及Main Area主数据区的起始地址，确定F2FS文件系统根目录文件节点号ino；
(2)读取有效Checkpoint检查点段中的缓存区，运用基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法完成对Node Address Table节点信息表的信息更新；
(3)在更新后的Node Address Table节点信息表中获取并解析.Trash文件；
(4)解析.Trash子文件的inode元数据信息块区，获取近期删除文件的文件名和原存储路径；
(5)恢复.Trash文件下存储的近期删除文件。
作为本发明进一步改进，步骤(1)中“读取F2FS文件系统Superblock超级块区”是指读取健全的Superblock超级块区，即首先读取F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x400字节处超级块区0，通过超级块区0开始的四字节文件魔术标志位0x f2f52010检验判断超级块区的健全性，如果超级块区0存在问题，读取并检验F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x1400字节处超级块区的副本的有效健全性，保证最终读取到健全的Superblock超级块区。
作为本发明进一步改进，步骤(1)中根目录文件节点号ino通常为0x03，在健全的F2FS文件系统超级块区的起始地址向后偏移0x60字节处。
作为本发明进一步改进，步骤(2)中基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法步骤如下：
(2.1)比较CP检查点段的版本号，版本号高的为当前有效的CP检查点段；
(2.2)在有效CP检查点段内查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
(2.3)在Node Address Table节点信息表中查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
(2.4)比较NAT节点信息表和CP检查点段中记录的根目录节点的时间戳信息，如果根目录最新时间戳位于NAT节点信息表段，则该NAT节点信息表即为当前有效的NAT节点信息表。如果根目录最新时间戳位于CP检查点段，则依次将CP检查点段中的缓存nat_entry表项更新到NAT节点信息表中，得到当前有效的NAT节点信息表。
作为本发明进一步改进，步骤(3)具体文件的解析就是分析.Trash文件的inode元数据块，文件解析结果包括获取文件的文件名称、文件大小、修改/访问时间、子文件的ino文件节点号和文件名称等信息，解析文件inode元数据块具体步骤如下：
(3.1)块起始地址向后偏移0x20字节处依次获取文件的名称、文件大小、修改/访问文件的时间；
(3.2)块起始地址向后偏移0x18A字节处获取该文件各子文件的节点号ino；
(3.3)块起始地址向后偏移0x95C字节处获取各子文件的名称。
作为本发明进一步改进，步骤(3.2)中“依次获取文件子文件的节点号ino”时，需要判断块起始地址向后偏移0x0FD4处的5组节点信息是否存储有地址索引信息，如果着5组节点信息中存有地址信息，则同时需要解析这5组节点信息中地址所对应的块数据。
作为本发明进一步改进，5组节点信息具体包括实现2个direct_node和2个indirect_node和1个double_indirect_node，这五个节点构成了F2FS文件系统的多级索引机制。
作为本发明进一步改进，步骤(4)中“解析.Trash子文件的inode元数据信息块区”中，.Trash文件的子文件通常包括info文件和files文件，一般info文件中存储的是被删除文件的基本信息如原始存放路径、文件名称、被删除时间等，files文件中存储的是它的节点号对应的inode元数据信息块的地址。
作为本发明进一步改进，步骤(5)中“恢复.Trash文件下存储的近期删除文件”具体步骤如下：
(5.1)根据获取到的被删除文件的节点号ino和原存储路径信息更新NAT节点信息表中的nat_entry表项；
(5.2)同时更新.Trash文件中的内容，获取.Trash文件中下一个待恢复的删除文件。
作为本发明进一步改进，步骤(5.1)中“更新NAT节点信息表中对应ino节点号处的nat_entry表项”的具体数据结构为：第一个字节为缓存表项的版本，中间四个字节为文件节点号ino，最后四个字节为文件节点号ino对应的的节点地址，此步骤主要更新的是nat_entry表项的第一个字节。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：充分利用用户在手机端图形化界面删除文件这一特点，结合基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法，根据最新有效NAT节点信息表以及.Trash文件信息，对用户近期删除文件进行数据恢复。通过本发明方法可以更快速的实现对用户近期删除数据的恢复，克服遍历文件系统合并文件节点号等繁琐的步骤，极大的提高恢复用户近期删除文件的效率。通过实验发现，使用本发明方法相比于现有的恢复F2FS文件系统被删除文件技术方法可以提高近期删除文件的定位准确性以及进一步提高被删除文件的恢复效率。
附图说明
图1是本发明的主流程示意图；
图2是有效CP检查点段的根目录节点对应的nat_entry表项数据结构示意图；
图3是基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提出一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，本发明针对F2FS文件系统的恢复删除数据方面，解析获取被删除文件速度更快、效率更高，应用效果更好。
作为本发明一种具体实施例，其中本发明的主流程示意图如图1所示，有效CP检查点段的根目录节点对应的nat_entry表项数据结构示意图如图2所示，基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法流程图如图3所示，，包括以下步骤：
(1)读取F2FS文件系统Superblock超级块区，获取Node Address Table节点信息表、Checkpoint检查点段以及Main Area主数据区的起始地址，确定F2FS文件系统根目录文件节点号ino；
本实施例中，读取F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x400字节处超级块区0，通过超级块开始的四字节文件魔术标志位0x f2f52010检验判断超级块区的健全性，如果超级块区0存在问题，读取并检验F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x1400字节处超级块区的副本的有效健全性，保证读取到健全的Superblock超级块区。进一步，在健全的F2FS文件系统超级块区的起始地址向后偏移0x60字节处读取根目录文件节点号ino，通常根目录文件节点号为0x03；
(2)读取有效Checkpoint检查点段中的缓存区，运用基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法完成对Node Address Table节点信息表的信息更新；
具体实施时，步骤(2)中详细步骤如下：
(2.1)比较CP检查点段的版本号，版本号高的为当前有效的CP检查点段；
(2.2)在有效CP检查点段内查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
(2.3)在Node Address Table(NAT)节点信息表中查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
(2.4)比较NAT节点信息表和CP检查点段中记录的根目录节点的时间戳信息，如果根目录最新时间戳位于NAT节点信息表段，则该NAT节点信息表即为当前有效的NAT节点信息表。如果根目录最新时间戳位于CP检查点段，则依次将CP检查点段中的缓存nat_entry表项更新到NAT节点信息表中，得到当前有效的NAT节点信息表；
步骤(2)所涉及的基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法如图3所示。
(3)在更新后的Node Address Table节点信息表中获取并解析.Trash文件；
具体实施时，步骤(3)具体文件的解析就是分析.Trash文件的inode元数据块，文件解析结果包括获取文件的文件名称、文件大小、修改/访问时间、子文件的ino文件节点号和文件名称等信息，同时需要判断块起始地址向后偏移0x0FD4处的5组节点信息是否存储有地址索引信息，具体.Trash目录文件的inode元数据块的数据结构如表1，解析文件inode元数据块具体步骤如下：
(3.1)块起始地址向后偏移0x20字节处依次获取文件的名称、文件大小、修改/访问文件的时间；
(3.2)块起始地址向后偏移0x18A字节处获取该文件子文件的节点号ino；
(3.2.1)如果5组节点信息中存有地址信息，解析这5组节点信息中地址所对应的块数据；
(3.3)块起始地址向后偏移0x95C字节处获取子文件的名称；
表1：目录文件的inode元数据块的数据结构
表1目录文件元数据信息块数据结构
表1中目录子文件数据信息部分的数据结构如表2；
表2：目录子文件数据信息部分的数据结构
表2目录子文件数据信息区
(4)解析.Trash文件下的子文件inode数据区，获取近期删除文件的文件名和原存储路径；
具体实施时，步骤(4)中.Trash文件的子文件通常包括info文件和files文件，一般info文件中存储的是被删除文件的基本信息如原始存放路径、文件名称、被删除时间等，files文件中存储的是它的节点号对应的inode元数据信息；
(5)恢复.Trash文件下存储的近期删除文件；
具体实施时，步骤(5)中“恢复.Trash文件下存储的近期删除文件”具体步骤如下：
(5.1)根据获取到的被删除文件的节点号ino和原存储路径信息更新NAT节点信息表中的nat_entry表项；
(5.2)同时更新.Trash文件中的内容，获取.Trash文件中下一个待恢复的删除文件；
进一步的，步骤(5.1)中“更新NAT节点信息表中对应ino节点号处的nat_entry表项”的具体数据结构如下表3，nat_entry表项共九个字节，第一个字节为缓存表项的版本，中间四个字节为文件节点号ino，最后四个字节为文件节点号ino对应的的节点地址，此步骤主要更新的是nat_entry表项的第一个字节。
表3：表项nat_entry数据结构
表3表项nat_entry数据结构
通过本发明方法，充分利用用户在手机端图形化界面删除文件这一特点，结合基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法，使用手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，可以很好克服遍历文件系统合并文件节点号等繁琐的步骤，极大的提高恢复用户近期删除文件的效率，更好的提高近期删除文件的定位准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）读取F2FS文件系统Superblock超级块区，获取Node Address Table节点信息表、Checkpoint检查点段以及Main Area主数据区的起始地址，确定F2FS文件系统根目录文件节点号ino；
（2）读取有效Checkpoint检查点段中的缓存区，运用基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法完成对Node Address Table节点信息表的信息更新；
步骤（2）中基于根目录时间戳的NAT节点表更新方法步骤如下：
（2.1）比较CP检查点段的版本号，版本号高的为当前有效的CP检查点段；
（2.2）在有效CP检查点段内查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
（2.3）在Node Address Table节点信息表中查找根目录节点号ino的inode元数据信息块地址，解析根目录元数据信息块并记录根目录节点的时间戳信息；
（2.4）比较NAT节点信息表和CP检查点段中记录的根目录节点的时间戳信息，如果根目录最新时间戳位于NAT节点信息表段，则该NAT节点信息表即为当前有效的NAT节点信息表，如果根目录最新时间戳位于CP检查点段，则依次将CP检查点段中的缓存nat_entry表项更新到NAT节点信息表中，得到当前有效的NAT节点信息表；
（3）在更新后的Node Address Table节点信息表中获取并解析.Trash文件；
步骤（3）具体文件的解析就是分析.Trash文件的inode元数据块，文件解析结果包括获取文件的文件名称、文件大小、修改/访问时间、子文件的ino文件节点号和文件名称信息，解析文件inode元数据块具体步骤如下：
（3.1）块起始地址向后偏移0x20字节处依次获取文件的名称、文件大小、修改/访问文件的时间；
（3.2）块起始地址向后偏移0x18A字节处获取该文件各子文件的节点号ino；
（3.3）块起始地址向后偏移0x95C字节处获取各子文件的名称；
（4）解析.Trash子文件的inode元数据信息块区，获取近期删除文件的文件名和原存储路径；
（5）恢复.Trash文件下存储的近期删除文件；
步骤（5）中“恢复.Trash文件下存储的近期删除文件”具体步骤如下：
（5.1）根据获取到的被删除文件的节点号ino和原存储路径信息更新NAT节点信息表中的nat_entry表项;
（5.2）同时更新.Trash文件中的内容，获取.Trash文件中下一个待恢复的删除文件。
2.根据权利要求1所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，步骤（1）中“读取F2FS文件系统Superblock超级块区”是指读取健全的Superblock超级块区，即首先读取F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x400字节处超级块区0，通过超级块区0开始的四字节文件魔术标志位0x f2f52010检验判断超级块区的健全性，如果超级块区0存在问题，读取并检验F2FS文件系统的起始地址向后偏移0x1400字节处超级块区的副本的有效健全性，保证最终读取到健全的Superblock超级块区。
3.根据权利要求1所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，步骤（1）中根目录文件节点号ino为0x03，在健全的F2FS文件系统超级块区的起始地址向后偏移0x60字节处。
4.根据权利要求1所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，步骤（3.2）中“依次获取文件子文件的节点号ino”时，需要判断块起始地址向后偏移0x0FD4处的5组节点信息是否存储有地址索引信息，如果着5组节点信息中存有地址信息，则同时需要解析这5组节点信息中地址所对应的块数据。
5.根据权利要求4所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，5组节点信息具体包括实现2个direct_node和2个indirect_node和1 个double_indirect_node，这五个节点构成了F2FS文件系统的多级索引机制。
6.根据权利要求1所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，步骤（4）中“解析.Trash子文件的inode元数据信息块区”中，.Trash文件的子文件包括info文件和files文件，info文件中存储的是被删除文件的基本信息，files文件中存储的是它的节点号对应的inode元数据信息块的地址。
7.根据权利要求1所述的一种手机端F2FS文件系统的近期删除文件恢复方法，其特征在于，步骤（5.1）中“更新NAT节点信息表中对应ino节点号处的nat_entry表项”的具体数据结构为：第一个字节为缓存表项的版本，中间四个字节为文件节点号ino，最后四个字节为文件节点号ino对应的的节点地址，此步骤更新的是nat_entry表项的第一个字节。
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