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磁碟格式化檔案就沒了嗎?數位鑑識如何找回失落的檔案?

活躍星系核_96
・2018/08/23 ・2465字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/慕容峰│從事數位鑑識工作多年,在分析證物的過程中,彷佛側耳傾聽證物娓娓道來一般,同時審慎客觀地仔細分析察看,即便是旁枝末節也不輕易放過,浸淫其中而樂此不疲。

說起數位鑑識(Digital Forensics),多數人是丈二金剛摸不著頭,搞不清楚它是什麼來著。但只要提及熱門的 CSI 犯罪調查影集,大家便能心領神會,甚至還可以憶及相關橋段,引發熱烈討論。

磁碟格式化時會發生什麼事?

沒錯,只要是與電子跡證有關的,便是數位鑑識的範疇。而由於電子跡證具有易遭污染破壞的特性,因此,簡而言之,數位鑑識科學便是用嚴謹的程序及工具,對電子跡證進行提取並加以分析,以還原犯罪事實及手法的科學。

而在一椿涉及犯罪的調查案件中,任何具有儲存電子跡證的儲存媒體,例如手機、硬碟、隨身碟、CD/DVD、記憶卡等等,皆是不可輕忽的證物。以下且讓筆者以 Windows 平台為例,來為各位說明磁碟格式化的奧秘。

各位應該都有將硬碟或隨身碟進行磁碟格式化(disk formatting)的經驗,如下圖所示。

在真正開始進行前,還會彈出一個視窗讓使用者進行確認:

只見不一會兒功夫便完成格式化,會彈出如下圖的確認訊息。

被格式化後的分區之中,其原有的內容竟已不復存在,成了空空如也的狀態,如下圖所示。

由於格式化一個硬碟分區的效果,看起來就像是轉瞬間刪除掉該分區裡的資料夾及檔案一般。因此,在進行格式化前,使用者應該都會先確認已做好備份工作的前置作業,才會放心地進行格式化。

磁碟如何存放資料?「檔案系統」的秘密

在這看似已空無一物的硬碟分區之中,其實背後還藏著秘密。在此先賣個關子,且容我先為各位說明傳統硬碟與資料的關係。當使用者在電腦上建立檔案輸入內容時,傳統機械式硬碟如何儲存數據呢?由物理層面來看,是因為磁頭於磁盤上繪出正負極磁性不同的「圖畫」所致,這些便是使用者所儲存在硬碟中的資料。因此,要傾刻間徹底清除硬碟裡的所有資料,就必須要「消磁」。

而從邏輯層面來看,硬碟存放資料與「檔案系統」(Filesystem)有所關聯。舉凡你在檔案總管之中進行資料夾或檔案的增刪修改,皆是在檔案系統的機制下進行。我接下來以圖書館的書目館藏來做比喻,大家應該有到圖書館借書的經驗,通常到了館內,來到「檢索區」使用電腦進行書目館藏的查詢,便可知道你想要借的書是否在館內,且是位於哪個區域的哪個架上。這些書是依循一定規則經過分類編目的,而能快速地查找到其所在位置則是索引(Index)的效果。

如同圖書館裡的大量館藏受館藏系統管理,儲存在硬碟中的檔案,也受到檔案系統管理。而使用者只要透過檔案總管,就像使用館藏系統一樣便能輕鬆進行相關操作。簡而言之,檔案系統有維護著一個表格,存放著目前有哪些資料夾或檔案,及其名稱與所存放的位置等資訊。

各位可以想像一下,若此刻館藏系統因故關閉無法使用,你要如何才能找到想借的書呢?也許有人會說,很簡單啊,問館員或自己到處逛,應該也可以找的到。把此情境搬到電腦之中,就如同把前述檔案系統所維護的那張「表」給拿掉,此時檔案總管中還能看到目前有哪些資料夾或檔案嗎?答案絕對是否定的。

如此一來,各位便可以理解了,磁碟格式化的效果就如同把圖書館的館藏系統關閉,讓你無法藉由系統進行查詢了。而此時雖然看似什麼書都查不到了,但其實書還在架上並沒有不見。因此,硬碟分區格式化之後,只是失去了記錄相關資訊的目錄罷了,資料本體仍存放在原處。

各位可能或多或少都曾有過不慎將存有資料的裝置進行格式化的經驗,現在聽了上述解說,你便可以了解到要對遭到格式化的儲存裝置進行資料救援,並非難如登天,關鍵就在於找回檔案系統維護的那個「表」即可。只要有了那個目錄,想找到格式化前登記在案的那些資料夾和檔案,就輕而易舉不費吹灰之力了。

找回檔案配置「表」,就復原了檔案!

至於如何找到那張「表」?聰明的讀者應該已經猜到它肯定是個檔案才是。沒錯,而不同檔案系統的管理機制有所不同,其代表檔案配置的表也不同,以 NTFS 檔案系統而言,那張表叫做「MFT」;而 FAT 檔案系統的表則叫 FAT(File Allocation Table)。

也許有人會說他根本沒在檔案總管中看過這些檔案,的確,這配置表是屬於系統保護檔案,無法藉由檔案總管存取,但仍可透過鑑識工具或資料救援工具進行存取。

我們再把焦點拉回前述我們已完成格式化的隨身碟,儘管看似空無一物,沒有任何檔案或資料夾存在其中,但經以專業工具進行回復,竟能順利找到那些代表檔案配置的「表」了,如下圖所示。

也許有讀者會感到好奇,找到的表不只一張,那究竟哪個表能讓我們回復出最多的資料呢?專業回復工具會把可回復資料最多的表列為最高優先,如上圖的分析結果所示。

接下來我們就來看看這張表能否按圖索驥找出那些仍然存在的資料夾及檔案,果然沒有令我們失望,分析結果如下圖所示。只要挑選欲回復的資料夾或檔案加以匯出,便可完成資料救援工作了。

在一椿電腦犯罪調查案中,若鑑識人員發現證物電腦的整顆硬碟或特定分區,裡頭竟是空無一物,便會合理懷疑可能是遭到有心人士進行格式化等滅證行為發生。為了找出與案情相關的線索,以還原犯罪事實及手法,鑑識人員便會採用專業鑑識工具進行資料還原,再對還原出的檔案內容進行分析,釐清相關案情。

數位鑑識是門嚴謹的科學,各位應該聽過一句俗諺「The footprint in the sand shows where you have been.」這與常言道:「凡走過必留下痕跡」毫無二致。至此相信各位對數位鑑識科學應有了進一步的認識,下回將為各位進一步說明檔案刪除的奧秘,敬請期待。

參考資料:

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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「新太空 2.0」時代來臨!盤點新創太空產業的衛星部署手段

黃 正中_96
・2021/09/26 ・3448字 ・閱讀時間約 7 分鐘

近年來以美國為首,國際上民營新創太空產業如雨後春筍,以新技術、新概念吸引風險投資,挑戰傳統太空產業,稱為新太空(NewSpace)2.0。

新太空的新創公司通常規模比較小,為了增加競爭力,常以併購或合資的方式,加速產業成長;所涵蓋的範圍包括火箭、小型衛星或衛星元件等領域,以價格破壞性經營,加強與傳統太空產業的競爭。

本文將分析量產的衛星精確部署到太空軌道,提高太空任務的新功能與價值;並盤點在此潮流下創新技術,和新創的太空產業。

論「快速量產衛星」的必要

新創航太公司為了更貼近市場需求,創新衛星量產技術、使用商用(COTS)元件,快速切入市場,提高產品附加價值的新衛星功能。例如使用微衛星以每小時拍攝一次地球上任何地點,並快速提供詳細圖像;使用衛星連接地面上廣大地區,構建太空網路;或者利用衛星開採小行星高價值的稀有礦物等等。

新創衛星公司所使用商用零件,設計小型或立方衛星,儘管它們的尺寸很小,但可以共同提供功能和服務,卻比傳統衛星更大、數據產品媲美大衛星。量產衛星優點是可以一次發射許多衛星,發射費用比傳統的大衛星便宜得多,但是缺點是,設計 / 任務壽命較短。

最小可行產品(Minimum Viable Product, MVP)

新創公司為了發堀利基市場,開發最小可行產品(Minimum Viable Product, MVP)1。一旦建立了 MVP 衛星,新創公司再進行優化調整。MVP 為了減輕重量,加快生產速度,設計時忽略了部分功能,如推進次系統(Propulsion Subsystem)、部分姿態控制(AOCS)或沒有備份設計(backup design)等等,以便快速進入市場。

美國的 Planet Labs 公司 180 顆遙測照相衛星,Spire Global 公司 110 顆氣象服務衛星公司,或挪威的 Iceye 公司 10 顆透過雲層對地球照相的合成孔徑雷達小型衛星等等,證明 MVP 可以在很少的預算下,製造和發射衛星到太空,並傳送數據返回地球。

美國 Planet Labs 公司的 Dove satellites。圖/Planet Labs 臉書

快速量產的代價——衛星損壞率高

但是,利用商用航電元件快速製造,在太空高輻射的環境,可能面臨高衛星損壞率,例如新創 Planet Labs 公司 2設計和製造著名的 Doves Triple- CubeSat 微型衛星,2015 年創立後發射了 339 顆 3U 高解析度的 Dove 遙測立方衛星,但是 2021 年 8 月只剩下約 180 顆衛星運作中。

另外的案例 Spire Global 公司從太空觀測雲數據和分析,提高了天氣模型的預測能力。自創建以來,已發射了 140 多顆衛星,目前有 110 顆 3U 立方氣象衛星星系營運中。

SpaceX 的 Starlink 太空網路公司3,到 2021 年 9 月 14 日為止,已經發射了 1791 顆低軌通訊衛星,統計有 125 顆衛星故障或離開太空返回地球,目前太空網路擁有 1615 顆低軌衛星建構太空網路,所以新太空的高衛星損壞率,令人印象深刻。

搭公車上太空,立方衛星「以量取勝」

大量微小或立方衛星搭乘所謂的「公車火箭」到太空,若是衛星計畫經費較多,可以搭乘單個火箭進入太空。但是大部分的計劃在預算限制下,搭乘「公車火箭」到達軌道後,整“群”離開火箭,微小 / 立方衛星以一種相當不受控制的方式繞地球漂移。

福爾摩沙衛星七號衛星搭乘火箭。圖/科技部臉書

這種「下車」方式,對於遙測照像任務,「打群架」方法是有效的,但不是最佳的方式,每顆衛星都可以拍照並發送下來,但個別衛星可能會聚集在一起,從而照相送回多餘的圖像。

對於通信衛星架構,「打群架」是沒有經濟價值的,因為在不受控制的衛星群體,只能隨機覆蓋地表,對於地面用戶來說,無法定時收到監控資料,也無法忍受隨時斷訊的通訊。

新創公司的決勝關鍵:更精確的太空軌道部署

為了增加小衛星任務所產生的產品價值,未來更精確的軌道部署,將會產生革命性的決勝關鍵,每顆衛星將被更仔細、周到地放置到精確的軌道上,使整個星系的價值,大於各自執行任務的總和。

更精確的軌道部署將成為任務規劃中首要考量,當雜亂無章的群轉變成精心編排的星系,其中均勻分佈的小衛星以優化其覆蓋範圍和數據價值時,小衛星架構的價值將得到充分體現。

優化「衛星系」的兩種辦法

有兩種實現衛星系(Constellation)優化的方法,第一種是單獨發射小衛星,或者一次發射兩到三個在特殊的小型火箭上發射,這些火箭可以「隨時隨地」運送航太器,眾多的小型火箭新創公司 Rocket Lab 和 Vector Space Systems 等,瞄準此新市場,計劃將小型衛星運送到低軌太空。

這種方法存在兩個挑戰,可能無法使其適用於所有星系。首先,大型星系需要大量發射,即使每週發射一枚火箭,完全部署一個星系也可能需要數月甚至數年的時間,其次發射費用按公斤計算,總經費也不便宜。

優化星系的第二種方法是為每個小衛星配備機載推進次系統,許多衛星可以共用火箭發射,例如由 SpaceX 的 Falcon 9 或 Falcon Heavy 等發射器的低每公斤成本發射,離開火箭以後就需要耗費自身燃料,抵達任務軌道。儘管所有飛行器都將成群離開火箭,但它們可以使用各自的推進系統分散到預先選擇的各個軌道中,以優化星系均勻性。

這種方法的好處是可以利用機載推進系統提供額外的任務價值,例如通過補償阻力來延長任務壽命,重新配置星系以彌補發射失誤,或在壽命結束時使衛星脫離軌道,減少太空垃圾,但是燃料使用過多,減少任務壽命卻也無可奈何。

獵鷹 9 號將 60 顆 Starlink 衛星送入軌道。圖/SpaceX

成本太高?新型「微推進系統」問世

新太空 2.0 的新創公司,有許多小衛星沒有包含推進次系統,主要是因為技術還不夠成熟,而且成本太高,無法納入 MVP。精確部署衛星所需的推進系統成本,市場上推進系統大部分是手工建造的,對於新創公司無法負擔。設計、開發和製造過程,還沒有發展到大規模生產。

但市場對於大量製造的機載推進系統需求強大,針對此問題,美國 Orbion Space Technology 以及 ExoTerra Resources 新創公司推出霍爾效應推進器(Aurora Hall-effect thruster),以及 Tethers Unlimited、Deep Space Industries 和 Momentus 公司,亦推出水離子推進器(Water Plasma propulsion),水離子推進裝置,進入太空小型推進器的市場。

水離子推進器。圖/參考資料 5

沒錢裝推進系統?你需要的是「太空運輸」服務

針對為了節省燃料以提高壽命,以及沒有配備星載推進系統的立方 / 微衛星,美國新創太空運輸的 Momentus 公司,推出離開火箭以後,在太空將立方 / 微衛星或其他小型衛星,在太空中運輸到所需任務軌道。

義大利的 D-Orbit 公司今年(2021)5 月部署了 20 顆義大利 ION 衛星,成功示範可以改變高度和傾角的太空運輸。D-Orbit 公司並計劃於今年(2021)10 月為 Planet SuperDove 公司在太空「最後一英里的太空運輸」服務,運輸 12 顆地球遙測衛星。

但是你可知道「最後一里路」要走多久?

以我國的福爾摩沙七號衛星星系為例,衛星設計有星載的推進系統和攜帶燃料,用來調整衛星在太空的飛行軌道;福衛七號的六顆衛星於2019年6月25日發射升空,離開獵鷹九號火箭以後,總共花了 20 個月逐漸調整軌道,才將六枚衛星的軌道面布置,形成在地球上空以 60、120、180、240、300度的夾角,涵蓋全球的氣象觀測衛星星系部署。

新太空 2.0 時代來臨!將顛覆傳統衛星公司

新太空(NewSpace)2.0 顛覆甚至於威脅到傳統衛星公司,例如 Intelsat 同步軌道通信衛星公司因過時或更高的價格使他們無法與低成本寬頻通訊競爭導致破產4,同樣的澳洲衛星通訊公司 Speedcast 和為航空公司和船舶提供 Wi-Fi 服務的 Global Eagle 公司與 Intelsat 公司一樣也都負債累累。

新太空快速的行業變化,也影響了衛星地面部分;例如衛星天線製造商 Phasor 在被新創 Kymeta 用更高效率覆蓋整個 Ku 頻段衛星天線公司淘汰而申請破產。去年 OneWeb 的破產困境源於缺乏靈活性,讓 SpaceX 競爭對手以超越其技術而破產。

因此新太空的來臨,太空產業需著重技術創新,適應快速市場變遷,隨時關注市場的變化與趨勢。對於一個創新技術競爭的衛星新創參與者,摩爾定律將主導創新和開發新市場。

參考資料

  1. NewSpace 2.0: Moving beyond the Minimum Viable Product
  2. 〈Wikipedia〉Planet_Labs  
  3. 〈Wikipedia〉Starlink
  4. NewSpace 2.0: Moving beyond the Minimum Viable Product
  5. Water propulsion technologies picking up steam
  6. Satellite bankruptcies circa 2000 vs. 2020: We’ve come a long way!me-a-long-way

黃 正中_96
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國家實驗研究院國家太空中心研究員。勿忘對科學研究的熱情,勇敢築夢,實現夢想…...
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