基于FAT32文件系统的数据恢复技术

张明旺

(四川警察学院计算机系，四川泸州 646000)

信息化社会的快速发展，通过电脑进行犯罪的案例越来越多，给人们造成了财产损失。为逃避打击，犯罪分子经常人为地将犯罪资料等数据彻底删除，或将分区甚至整个硬盘进行格式化操作，从而导致犯罪证据的丢失，因此，如何能够迅速准确地恢复出原始数据，为打击犯罪提供有力的证据，将成为至关重要的问题。

1 FAT32文件系统简介

当使用FAT 32文件系统管理硬盘时，能够支持的每个分区容量最大可达到128 TB。FAT32文件系统将逻辑盘的空间划分为3个区，分别是BOOT引导区、FAT文件分配表区和DATA数据区，如图1所示，其中引导区和文件分配表区一起称为系统区。

图1 FAT32文件系统结构

(1)BOOT引导区。引导区共占用3个扇区，保存本逻辑盘每个扇区的Byte数、每个簇对应扇区数等重要参数和引导记录，随后还保留着若干个保留扇区。

(2)FAT文件分配表区。文件分配表区存储有两个相同的文件分配表:一个是基本表;一个是备份表。文件分配表尤为重要，用于保存文件所占用的存储空间以及对空闲空间的管理，因此要对FAT文件分配表进行备份，即为备份表，两表长度和内容完全相同，这样当第一个FAT损坏时，可以用备份FAT还原。

文件系统对数据的存储是按簇进行空间的划分和管理的，簇是空间分配的基本单位，一个文件占用的空间由若干个簇组成。FAT32文件系统的簇号用32位二进制组成，一般从00000002H～FFFFFFEFH为可使用的簇号，每个簇的状态有32位二进制表示。如果该簇未被分配使用，即该簇为空簇，则用值00000000H表示;如果该簇为坏簇，则用值FFFFFFF7H表示，如果该簇为某文件的最后一个数据簇，则用值0FFFFFFFH表示。如果该簇已分配使用，则用值00000001H～0FFFFFEFH表示，且该FAT表项值为该文件的下一个数据簇的簇号。由此可见，FAT表的长度由该文件所占用的簇的个数决定。

当要读取FAT文件系统中的文件数据时，首先访问目录项中储存文件的起始簇号，并通过该起始簇号对应FAT项中记录找到该文件所占有的下一个簇的簇号，同时通过该簇号对应的FAT项中的记录继续寻找文件所占用的下一个簇的簇号，重复这个过程，一直找到下一个簇号的值是结束标志0FFFFFFFH为止，对文件的读取结束。因此，在读取文件时，首先要从该文件的目录项中找出起始簇号，然后通过对应的FAT链就就可以找到该文件占有的所有簇。

(3)文件目录项。文件目录项中保存着文件的详细信息，共占用32个字，包含了文件名、文件扩展名、文件属性、文件大小、文件的创建时间、文件的创建日期，最新访问日期、最新修改时间、最新修改日期和文件字节长度等信息。在这些目录项信息中，文件的起始簇号和文件大小信息，在数据恢复中是最重要的信息。

2 数据存储原理

数据的存储包括对文件的读取、写入和删除3个部分。

(1)文件读取原理。读取文件时，从目录区中找到文件的详细信息，通过访问该起始簇号以及簇号对应的FAT项中记录找到该文件所占有的下一个簇的簇号，一直重复这个过程，直到下一个簇号的值是结束标志时为止，对文件的读取也就结束。

(2)文件写入原理。当保存文件时，首先要在DIR区中找到空区，保存文件的文件名、创建时间和大小等信息，然后在FAT区找到未使用的空间，将数据存储到DATA区。

(3)文件删除原理。当文件被彻底删除时，文件目录表和FAT表都会发生变化。文件目录表中对应该文件的文件名的首字节修改为删除标志“E5H”，同时，该文件的FAT表中的簇链值全部改为“00000000H”空簇标志，即文件所占空间被释放，备份FAT表中对应的簇信息也相应改变。此外，文件目录项中偏移为14～15H Byte处的起始簇号的两个高字节被修改。但是，被彻底删除文件的数据还保留在数据区中，只要该数据区不被新的数据覆盖，理论上能够恢复出原文件的数据。

3 数据恢复方法

对于数据的恢复，可以根据不同的恢复原理进行恢复。

3.1 DBR破坏后的恢复

DBR位于分区的第一个扇区，主要用于管理分区的文件系统结构，如果DBR被破坏，则不能访问分区。对于DBR的恢复，可以使用两种方法:一是利用分区中6号扇区里存放的DBR备份来恢复DBR扇区，但是，如果DBR备份也不存在了就不能使用此方法;二是从其他FAT32格式的分区中DBR复制，粘贴到待恢复分区的DBR扇区，最后再根据DBR保留扇区数，分区大小，FAT表大小和每簇扇区等数据信息来数恢复BPB即可。

3.2 文件删除后的恢复

文件被彻底删除后，根据文件删除原理，对其各个部分的结构进行分析，可知，被删除的文件目录项的第一个字节要被改为“E5”，但文件名和其他字节没有变化。如果这个文件被存放在簇号较大的位置，文件的开始簇号的最高两个字节要被清零，文件的FAT表的簇链也会被全被清零，但是数据区的内容不会改变。

如果文件所占用的数据区不是占用的连续簇号，或文件占用的数据区被覆盖，那么文件将难以被恢复。但是，如果数据是连续存储，而且数据区也没有被新数据覆盖，那么，可以利用恢复软件WinHex进行恢复。只需要将文件所在的数据区全部复制，然后存为一个新文件，并将该文件的数据区中那些16进制值保存到其他盘下。

3.3 分区格式化后的恢复

格式化其实是给分区重新建立文件系统，对分区进行格式化后，分区FAT表的簇链被完全清空，同时根目录区中的文件目录项也会被清空，那么就无法知道文件名和他们存放的地址，所以根目录下的文件很难再被恢复，但子目录区的目录项还会存在，所以有恢复的可能。

首先找到文件的开始簇号和文件的大小，然后从文件开始簇号开始，连续选择文件大小字节数的数据字节，并将这些数据按照上述方法保存，则就可以将文件恢复。但是，这种方法也只适用于文件数据是连续存放的情况，并且文件开始簇号最高位的2 Byte为零。

3.4 文件系统损坏的恢复

当某个分区的文件系统被破坏后，就无法打开此分区，同时系统会提示分区没有格式化，需要重新格式化。此时，可以通过WinHex软件打开分区的DBR扇区，找到分区的6号扇区，其中存储的是DBR的备份，将此备份复制到DBR扇区后就可以打开分区了。

4 结束语

分析了FAT32文件系统结构，并对数据的存储原理进行了分析，重点分析了FAT32文件系统下数据恢复的原理，并在此基础上对数据恢复的具体方法和过程进行了阐述。并不是所有的数据在丢失后都能恢复，因此，应尽量保证数据的安全，及时备份重要的文件。在数据被删除后，应尽量避免存储新的数据，减少原文件所占空间被新数据覆盖的可能性。

［1］迟扬，李亚波.FAT32文件系统下的数据恢复分析［J］.计算机安全，2011(4):66－68.

［2］赵晓柯.基于Windows FAT32的数据恢复原理分析及算法研究［J］.科技信息，2010(14):222－223.

［3］廖根为.基于多结构信息的FAT文件系统数据恢复算法［J］.电信科学，2010(5):100 －104.

［4］李岩.计算机取证中关键技术研究［D］.上海:上海交通大学，2010.

［5］张娜，冯云鹏.Windows FAT32和NTFS下的数据恢复研究［J］.信息技术，2010(5):162－164.