基于Winhex的HFS+文件提取方法研究

徐健

摘? 要： MAC產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，對MAC OS的HFS+文件系統(tǒng)的解析和數(shù)據(jù)恢復(fù)的需求也逐漸增加。借助存儲介質(zhì)底層數(shù)據(jù)編輯軟件Winhex，詳細(xì)分析HFS+文件系統(tǒng)文件存儲的基本原理，通過實(shí)例介紹對所需要文件的提取。

關(guān)鍵詞： Winhex; HFS+; 數(shù)據(jù)恢復(fù); 實(shí)例研究

中圖分類號：TP309? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）08-53-04

Abstract： MAC products are widely used， and the demand for MAC OS HFS+ file system parsing and data recovery is increasing. This paper analyzes the basic principle of HFS+ file system file storage in detail with the help of the Winhex， the underlying data editing software of storage medium， and the extraction of required documents is described by a case.

Key words： Winhex; HFS+; data recovery; case study

0 引言

Winhex是由X-Ways軟件技術(shù)公司開發(fā)的專業(yè)磁盤編輯工具，win表示W(wǎng)indows，hex表示十六進(jìn)制，即Windows下運(yùn)行的十六進(jìn)制編輯器，通過其完善的分區(qū)管理功能和文件管理功能，可以自動分析分區(qū)表鏈和文件鏈簇，可以執(zhí)行不同級別的備份工作，它的編輯功能可以編輯物理磁盤或邏輯磁盤的任何扇區(qū)，內(nèi)存編輯器可以直接編輯內(nèi)存，支持Windows、UNIX、Linux、MAC等各種系統(tǒng)下的磁盤分區(qū)結(jié)構(gòu)及文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的解析[1]。

本文以HFS+文件系統(tǒng)為例，分析其文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)例研究的方法找到所需要的文件并準(zhǔn)確提取。

1 HFS+文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

HFS+文件系統(tǒng)是目前的Apple電腦中默認(rèn)的最常用的文件系統(tǒng)，由卷頭，5種特殊的“元文件”--分別是分配文件（Allocation File）、盤區(qū)溢出文件（Extents Overflow file）、編錄文件（Catalog File）、 屬性文件（Attributes File）、啟動文件（Startup File）以及用戶數(shù)據(jù)區(qū)組成。這5個元文件是用于存儲文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)和屬性，它們的起始地址和大小在文件系統(tǒng)的卷頭中描述[2]。HFS+文件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

HFS+文件系統(tǒng)的卷頭位于宗卷的2號扇區(qū)（0、1號扇區(qū)保留），占用一個扇區(qū)，其作用類似于FAT文件系統(tǒng)和NTFS文件系統(tǒng)中的DBR，記錄構(gòu)建 HFS+文件系統(tǒng)的基本信息，有塊（類似于NTFS文件系統(tǒng)的簇）、每塊字節(jié)數(shù)、日志位置信息以及一些重要的元文件的位置信息[3]。

HFS+文件系統(tǒng)用B-樹結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)，B-樹是一種可以快速搜索、 插入和刪除的結(jié)構(gòu)，由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，分為頭節(jié)點(diǎn)、位圖節(jié)點(diǎn)、索引節(jié)點(diǎn)、葉節(jié)點(diǎn)四種類型，其中索引節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)中包含關(guān)鍵字，對B-樹進(jìn)行的所有操作最終都是針對索引節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)以及存儲在它們中的關(guān)鍵字進(jìn)行的。

關(guān)鍵字在索引節(jié)點(diǎn)和葉節(jié)點(diǎn)有定的排序規(guī)則[4]，具體規(guī)則如下：

⑴ 關(guān)鍵字必須以升序方式排列在節(jié)點(diǎn)中;

⑵ 同一個層次中的所有節(jié)點(diǎn)必須由“下一個節(jié)點(diǎn)號”和“上一個節(jié)點(diǎn)號”兩個參數(shù)鏈接起來;

⑶ 關(guān)鍵字值最小的節(jié)點(diǎn)必須位于鏈表的第一位，且“上一個節(jié)點(diǎn)號”參數(shù)值為0;

⑷ 關(guān)鍵字值最大的節(jié)點(diǎn)必須位于鏈表的最后，且“下一個節(jié)點(diǎn)號”參數(shù)值為0;

⑸ 對于任何一個節(jié)點(diǎn)，其中存放的所有關(guān)鍵字值必須小于鏈表中下一個節(jié)點(diǎn)中存放的關(guān)鍵字值，且大于鏈表中上一個節(jié)點(diǎn)中存放的關(guān)鍵字值。

對關(guān)鍵字采用上述這種排列規(guī)則可以快速地在B-樹中搜索到需要的關(guān)鍵字，以便訪問與關(guān)鍵字相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。

下面用個簡單的例子描述上述規(guī)則，在該例子中，我們用數(shù)字作為關(guān)鍵字， 如圖2所示。

從圖2來看，在訪問數(shù)據(jù)的時候，由頭節(jié)點(diǎn)定位到根節(jié)點(diǎn)，從根節(jié)點(diǎn)的第一個記錄開始，在關(guān)鍵字值小于等于要搜索的關(guān)鍵字值的記錄范圍內(nèi)尋找更大的關(guān)鍵字值記錄。

搜索的過程可以延伸到孩子節(jié)點(diǎn)，其中索引節(jié)點(diǎn)是典型的孩子節(jié)點(diǎn)，搜索往往需重復(fù)進(jìn)行，一直延伸到一個葉節(jié)點(diǎn)[5]。如果葉節(jié)點(diǎn)中的關(guān)鍵字值與要搜索的關(guān)鍵字值相等，則該關(guān)鍵字所關(guān)聯(lián)的就是要訪問的數(shù)據(jù)的相關(guān)信息。如果葉節(jié)點(diǎn)中的關(guān)鍵字值與要搜索的關(guān)鍵字值不相等，則說明要訪問的數(shù)據(jù)不在這個B-樹中，需要到其他B-樹中搜索。

2 HFS+文件系統(tǒng)文件提取實(shí)驗(yàn)

為了能更好地說明HFS+文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)存儲原理，準(zhǔn)備一個U盤，通過MAC系統(tǒng)的磁盤工具對其格式化成Mac OS文件系統(tǒng)，在其卷宗根目錄下放置四個文件夾和88個txt文件，實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)確定位80.txt文件并將其提取出來（所需定位及提取的文件可以修改，本文以80.txt為例）。在Windows系統(tǒng)下不能夠讀取Apple系統(tǒng)的分區(qū)，通過運(yùn)行Winhex程序來分析此U盤的文件系統(tǒng)并提取指定文件。

根據(jù)HFS+文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，我們可以通過以下步驟來手工提取80.txt，注意Mac OS系統(tǒng)使用Big-Endian字節(jié)序[6]。

⑴ 定位卷頭。通過該卷宗所在硬盤的Apple分區(qū)映射表定位到卷宗的開始位置在409640號扇區(qū)，而卷頭位于卷宗的第三個扇區(qū)，也就是409642號扇區(qū)，根據(jù)偏移地址0x28～0x2B得知該分區(qū)的每塊字節(jié)數(shù)為4096。