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CIINDET 2010
VIII Congreso Internacional sobre Innovación y Desarrollo Tecnológico, 24 al 26 de noviembre de 2010, Cuernavaca Morelos, México.
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Metodología para recuperación de información en discos duros
electromecánicos dañados para su análisis forense
M. Pérez García, M. A. Rosales García, H. M. Pérez Meana
Resumen: Al llevar a cabo una investigación de
informática forense en un disco duro electromecánico
se puede presentar el caso que dicho disco tenga un
daño lógico ó físico, no permitiendo el análisis en busca
de evidencia, requiriéndose realizar el proceso de
recuperación de información. La recuperación de
información así como la informática forense debe tener
su propia metodología, ya que en ambos casos se
trabaja con la información, siendo esta el objeto
principal de estudio. Debido a que no existe una
metodología definida para este proceso que ayude a una
adecuada y rápida recuperación, el propósito de este
trabajo es proporcionar una metodología aplicable cuyo
objetivo sea recuperar la mayor cantidad de
información de forma íntegra. Los resultados muestran
que aplicando esta metodología aumenta el número de
casos de éxito y la cantidad de información recuperada.
Palabras Clave: Discos duros electromecánicos, daños
físicos y lógicos, headcrahs, stiction, fly height.
Abstract: During an investigation of Computer
Forensic in an electromechanical hard disk drive, could
happen that the hard disk has a physical or logical
damage, turning the analysis for searching evidence
become impossible, a process of Data Recovery will be
required. The Data Recovery on damaged hard disk
drive and the Computer Forensic must have its own
methodology, since in both cases the experts handle
with information, which it is the target of the analysis.
Due the absence of a defined methodology for this
process which helps to an adequate and earlier
recovery, the purpose of this paper is to provide an
applicable methodology which objective is to recover
as much reliable data as possible. The results show that
applying this methodology, the number of success cases
and the amount of information recovered are increased.
Keywords: Electromechanical hard disk drive, physical
and logical damages, headcrahs, stiction, fly height.
Introducción
La informática forense es la ciencia que se encarga de
identificar, preservar, analizar y presentar evidencia
digital en una forma que sea aceptable en un proceso
legal [1].
De manera general las etapas que se realizan durante el
análisis forense informático sobre un Disco Duro
Electromecánico (DDE) son:
- Identificación: Se identifican los DDEs
involucrados en el caso y se conocen los
detalles del mismo.
- Preservación: Se obtiene una imagen bit a bit
del DDE para trabajar sobre esta y resguardar
al DDE original, en esa etapa damos por hecho
que el DDE funciona de forma correcta. Sin
embargo puede ocurrir el caso que dicho disco
tenga un daño lógico ó físico, lo que implica
recuperar previamente la información que se
va a analizar, requiriéndose realizar el proceso
de recuperación de información.
- Análisis: Se realiza la búsqueda de la
evidencia del incidente y se analiza.
- Presentación: Se presentan en forma escrita
mediante un reporte, los resultados obtenidos
de la investigación.
La recuperación de información, así como la
Informática forense, debe tener una metodología y ser
realizada por expertos de manera que permita recuperar
la información y llevar a cabo una investigación de
forma correcta.
Existen diferentes metodologías para realizar un
análisis forense informático, tales como las
metodologías del “National Institute of Standards and
Technology” [2], de la “European Network of Forensic
Science Institute” [3], del “National Institute of Justice”
de los Estados Unidos [4], entre otras. Sin embargo ya
que no existen metodologías conocidas para la
________________________________________________________
Maricarmen Pérez García, mperezg0808@ipn.mx.
Marcos Arturo Rosales García, marosales@ipn.mx.
Héctor Manuel Pérez Meana, hmperezm@ipn.mx.
SEPI ESIME Culhuacan, IPN.
Avenida Santa Ana #1000 Col. San Francisco Culhuacan, Deleg.
Coyoacán. C.P. 04430, México D.F.
Se agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(CONACYT) y al Instituto Politécnico Nacional (IPN) por el apoyo
recibido, durante la realización del presente trabajo.
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recuperación de información en DDE, sólo existen
“mejores prácticas” desarrolladas por expertos
dedicados al negocio de la Recuperación de
Información [5,6]; el objetivo de este trabajo es
presentar una propuesta de una metodología basada en
un experimento conformado por 22 DDE con diferentes
características.
Antecedentes
Para entender mejor la recuperación de información y
su metodología, se definen los conceptos de
recuperación de información en medios magnéticos y
DDE, así mismo se indican las principales causas de
daños en DDE.
Recuperación de Datos En el diccionario Online de Cambridge [7], se define
“recuperación” como: sustantivo. El proceso de
recuperar algo perdido, en especial salud, capacidad,
posesión, etc.
Basado en dicho concepto, en este trabajo se define
recuperación de información en medios magnéticos
como: “El proceso o acción por el cual se accede a un
dispositivo de almacenamiento electrónico o
electromecánico dañado, mediante técnicas físicas y/o
lógicas, para la extracción de datos”.
Disco Duro electromecánico Un disco duro es un dispositivo electromecánico de
almacenamiento no volátil el cual posee la
característica de almacenar información por un largo
periodo aun cuando no tenga suministro de energía
(figura 1). Se integra de componentes mecánicos,
electrónicos y magnéticos (tabla 1).
La información es almacenada en platos circulares
recubiertos de un material magnético comúnmente
llamados media, dichos platos están montados sobre un
eje central, el cual es un motor que los hace girar al
mismo tiempo. Tabla 1. Componentes del DDE
Mecánicos Motor, Mecanismo Actuador de las
cabezas [9].
Electrónicos Tarjeta Impresa de Circuitos (PCB
por sus siglas en ingles Printed
Circuit Board).
Magnéticos Platos, Cabezas de
Lectura/Escritura.
Fig. 1. Disco Duro Electromecánico.
La lectura y escritura de la información se realiza
mediante una cabeza de lectura y una de escritura,
montadas en un pequeño elemento llamado slider [8].
Existe un slider por cada cara del plato, montados sobre
suspensiones, los cuales a su vez están montados sobre
pequeños brazos conformando el head stack (conjunto
de cabezas).
Esta estructura se mueve de forma lateral por el
mecanismo Actuador de las cabezas (Voice Coil Motor
– Actuador VCM) para posicionar las cabezas en el
Sector a leer o escribir. Cuando a un DDE se le deja de
administrar energía, el slider es empujado hasta la
“zona de aterrizaje” o “carga/descarga Dinámica” [10,
11], ambas tecnologías sirven para que las cabezas
reposen cuando no están en funcionamiento. Los discos
más recientes manejan la tecnología del
“carga/descarga dinámica”.
Principales Causas de daños en DDE Pueden existir daños físicos y lógicos en un DDE,
dentro de los daños físicos encontramos daños en las
cabezas, en los platos y en el motor. Como daño lógico
se tienen la corrupción de la estructura del sistema de
archivos, borrado de archivos, sobreescritura, etc.
Cualquier tipo de daño puede dejar a las cabezas y/o a
la media en un estado degradado, provocando la
destrucción de los datos o su incorrecta lectura o
escritura.
Algunas empresas dedicadas a la Recuperación de
Información, como “Ontrack Data International, Inc.”
[6] y “ActionFront Data Recovery Labs” [12] indican
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que la principal causa de la pérdida de información se
debe a problemas físicos.
Las principales causas que afectan el funcionamiento de
los DDE se muestran en la tabla 2.
Tabla 2. Principales causas que dañan a los DDE
Causa
principal Posible consecuencia
Fallas de
energía
eléctrica
* Sobreescritura de archivos o del
sistema de archivos.
* Daño en la media que ocasiona
“cabezas aterrizadas”.
* Stiction (fricción estática) [13].
* Daño en circuito del motor,
firmware, capacitores, fusibles, etc.
Condiciones
ambientales
inadecuadas
* Intercambio del material lubricante
entre la media y el slider.
* “Cabezas Aterrizadas”.
* Daño en circuito del motor,
firmware, capacitores, fusibles, etc.
Errores en
Software o en
Firmware del
DDE
* Sobreescritura de archivos o del
sistema de archivos.
* Síntomas de fallas aún cuando no
existan.
Errores
humanos
* Borrado de archivos o del sistema
de archivos
* Impactos físicos por caídas o
golpes
*Destrucción de la información por
sobreescritura o sanitización [14]
Código
Malicioso
* Sobreescritura de archivos o del
sistema de archivos.
* Borrado de archivos o del sistema
de archivos
Desastres
naturales
* Corrosión o destrucción física de
los elementos electromecánicos.
Metodología para Recuperar Información en DDE
La metodología se ha propuesto en siete etapas, acorde
al diagrama de la figura 2.
Desde el inicio de la metodología se debe llevar un
registro con los análisis y resultados obtenidos así como
las acciones realizadas por cada etapa, este registro será
integrado a la cadena de custodia [1] en el proceso de
análisis forense informático.
Fig. 2. Diagrama de etapas de la metodología.
1. Análisis Físico:
En esta etapa se realizará un análisis físico del DDE, el
cual consiste primeramente en verificar la existencia de
daño visible en alguno de los componentes de la tarjeta
controladora, que la alimentación de poder sea la
adecuada, que el BIOS (Sistema Básico de
Entrada/Salida) de la Tarjeta Madre reconozca al DDE.
Se determinará que existe daño físico cuando:
• El DDE no es reconocido por el BIOS, o con
parámetros erróneos (capacidad, modelo, etc).
• El arranque, lectura o escritura es intermitente.
• Existen sectores dañados.
• El motor no gira.
En esta etapa se establecerán los procedimientos a
utilizar para la reparación del daño físico de forma
temporal y si dicha reparación es viable.
En caso de que el disco duro no presente daño físico, se
continuará con la etapa 3.
2. Reparación física temporal:
Se realizarán los procedimientos que se planearon
durante la etapa previa de acuerdo al tipo y magnitud
del daño diagnosticado. La finalidad es acceder al DDE
y obtener una copia fiel. En la mayoría de los casos la
reparación que se le realiza al DDE es de forma
temporal, ya que dependiendo de la gravedad del
problema se requerirán algunas soluciones como
reparación de motor o de PCB o sustitución de Motor,
conjunto de cabezas o PCB. Cuando una sustitución de
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elementos es necesaria, se requerirá un disco donador
de partes, dicho disco debe ser de la misma marca y
modelo del original, aunado a ciertas características
adicionales dependiendo del fabricante [5] como
número de cabezas, código de firmware, número de
Revisión de la PCB, etc. Las reparaciones que
requieran abrir al DDE, se deben realizar en un área
limpia, utilizando guantes, cubreboca, y los
desarmadores correctos. Se recomienda que se realice
en un clean room (área con control ambiental de
partículas en el aire) [15]. Si la reparación temporal no
es exitosa y por consiguiente la recuperación no es
posible, al análisis forense no será posible.
3. Obtención de imagen:
Se obtendrá una imagen, la cual es una copia física bit a
bit del DDE dañado, para disminuir la pérdida de datos
[2]. El disco duro donde residirá la imagen, debe ser
por lo menos de la misma capacidad del disco duro
dañado y previamente debió ser sanitizado.
Se debe obtener el mayor porcentaje de la imagen, ya
que algunas veces no puede ser completada y debe ser
realizada con un software específicamente para
generación de imágenes como Winhex [16], ByteBack
(BB) [17], FTK Imager [18], etc, ya que este tipo de
software permite comenzar la copia en un punto
intermedio del disco, o realizarla en reversa, la cual
tendrá ventajas al no registrar las fallas de ECC
(Código de Corrección de Error) [19] en el cache y
agilizar la imagen [5].
4. Análisis lógico:
El análisis lógico se realizará sobre la imagen obtenida,
utilizando un software como Winhex que permita
activar el modo sólo-lectura, para evitar posibles
alteraciones en la información contenida en dicho
dispositivo. El análisis consiste en conocer la estructura
lógica del disco duro, número de particiones; tamaño,
ubicación, tamaño de cluster y sistema de archivos en
cada una de ellas, así como verificar la integridad del
sistema de archivos. Se determinará el tipo de software
a utilizar en la reparación y recuperación lógica, como
GetDataBack [20], Stellar Phoenix [21], Winhex, entre
otras, adecuados al sistema operativo.
5. Reparación lógica:
Se reparará de forma manual o automática la estructura
del DDE, utilizando las herramientas especializadas
que permitan el acceso a las áreas de la estructura del
sistema de archivos como son Partition Table Doctor
[22] o Winhex. Algunas de estas reparaciones son a
prueba y error, y todas ellas deben ser escritas en el
registro que se comenzó al aplicar la metodología, para
evitar repetir alguna prueba.
6. Recuperación de información:
Se utilizará el software especializado enfocado a la
recuperación de información a nivel lógico, que permita
extraer toda la información del disco duro, incluyendo
archivos borrados, temporales, de sistema, etc. Se debe
elegir el software adecuado dependiendo del sistema de
archivos, y verificar que la reparación de la estructura
del sistema de archivos se realizo con éxito. Cuando la
recuperación es específica por tipo de archivo y la
estructura no existe, la recuperación se realiza “por
headers”, donde se recupera el archivo sin nombre real,
y sin saber la ubicación original, sólo se recupera el
contenido del archivo. Este tipo de recuperación solo es
posible para aquellos archivos que tengan un patrón en
su estructura, es decir, que tengan un patrón para el
comienzo y fin del archivo, tamaño y tipo como lo son
archivos de office, acrobat, imágenes etc.
7. Reparación de archivos:
Se reparan aquellos archivos dañados identificados
como críticos para el usuario, dicha reparación se
realiza con software específico dependiendo del tipo de
archivo. La reparación no es posible para todos los
tipos de archivos ya que no existe un software de
reparación para cada uno, aunado a que algunos
archivos se recuperan parcialmente.
Experimento El experimento consistió en recuperar información de
22 DDE de diferentes marcas, modelos y capacidades,
que presentaban fallas físicas y lógicas, estos se dividen
en dos grupos.
El grupo A se compone de 10 DDE, para este grupo no
se siguió la metodología propuesta para la recuperación
de información, sólo mejores prácticas que sirvieron
como base para establecer las etapas que conforman la
metodología propuesta en este trabajo, 4 de estos casos
presentaron daño lógico y 6 daño físico, se describen en
la tabla 3. El grupo B se compone de 12 DDE, las
recuperaciones se realizaron siguiendo la metodología
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propuesta, para validar las mejoras; 4 de estos casos
fueron daños lógicos y 8 daños físicos, se describen en
la tabla 4.
Las soluciones recomendadas y/o aplicadas para los
casos del Grupo A, se ilustran en la figura 3 y para el
Grupo B, en la figura 4. No todas las soluciones
pudieron ser aplicadas, debido a la falta de
herramientas o DDE donador, ya que este último tiene
que cumplir con ciertas características de
compatibilidad.
Para ambos grupos, la imagen bit a bit de un DDE
(etapa 3), se realiza con el programa Winhex y BB.
La reconstrucción manual de las particiones se realiza
localizando el inicio y final de cada partición y
haciendo el cálculo del tamaño, todo esto con ayuda del
programa Winhex. Dichos cálculos son colocados de
forma manual en el Registro Principal de Arranque
(MBR), su estructura se muestra en la tabla 5.
En todos los casos de ambos grupos, los DDEs dañados
tenían sistema de archivos NTFS.
Tabla 3. Descripción de los DDE del grupo A.
Marca Capaci-
dad
(GB)
Tipo de daño – Daño
especifico - Causa
Hitachi 40 Físico - cabezas aterrizadas -
fallas de energía eléctrica (FEE)
80 Físico - cabezas aterrizadas -
caída (C)
120 Físico - cabezas aterrizadas -
FEE
Maxtor 250 Lógico - Sector de inicio del
DDE dañado - error humano
(EH)
250 Físico - Componentes
electrónicos de la PCB
quemados - FEE
Western
Digital
120 Físico - cabezas aterrizadas -
FEE
120 Físico - cabezas aterrizadas - C
Toshiba 60 Lógico - partición dañada -
FEE
Quantum 80 Lógico - sobreescritura parcial
de los datos - EH
Seagate 40 Lógico - sobreescritura parcial
de la estructura del sistema de
archivos - EH
Tabla 4. Descripción de los DDE del grupo B.
Marca Capaci-
dad (GB)
Tipo de daño – Daño especifico
- Causa
Seagate 120 Físico - sectores dañados - FEE
120 Lógico - Tabla de particiones
dañada - EH
160 Físico - sectores dañados - C
Maxtor 80 Físico - sectores dañados - FEE
80 Físico - sectores dañados - FEE
Hitachi 80 Físico - cabezas aterrizadas - C
160 Físico - Daño en el fusible de la
PCB - FEE
Quantum 80 Lógico - borrado de archivos -
EH
250 Físico - cabezas aterrizadas - C
Toshiba 40 Lógico - formateado - EH
Western
Digital
250 Lógico - particiones dañadas -
EH
IBM 120 Físico - sectores dañados - FFE
El Software especializado que se utilizó para recuperar
la información fue GetDataBack NTFS.
Cuando se requirió cambiar todo el conjunto de
cabezas, se utilizaron desarmadores torx T3-T8 para
quitar la tapa y adicionalmente desarmadores planos
para desarmar el Actuador VCM. Se utilizó guantes de
latex y cubrebocas para evitar dañar más al DDE.
Para el cambio de PCB completa, se utilizaron
desarmadores torx T3-T8. Para el cambio de elementos
electrónicos como Circuitos Integrados, se utilizó
cautín, soldadura y pasta liquida (flux).
Fig. 3. Soluciones recomendadas para el Grupo A.
*En recuperar información borrada o con estructura dañada.
GetDataBack.
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Fig. 4. Soluciones recomendadas para el Grupo B.
Tabla 5. Estructura del MBR.
No. de
bytes
Dirección Contenido
446 0000h - 01BDh Gestor de arranque
64 01BEh - 01FDh Tabla para 4 particiones,
cada una de 16 bytes.
2 01FEh - 01FFh Firma de unidad arrancable
(55h AAh)
Resultados
El número de casos recuperados se muestra en la tabla
6. En total se recuperaron 4 casos del grupo A y 9 casos
del grupo B. Los resultados del experimento muestran
que el número de casos de éxito para el grupo A (sin
usar la metodología) es del 40%, logrando recuperar
173GB de 578GB, mientras que para los del grupo B
(con la metodología), el número es del 75%,
recuperando 459GB de 807GB (figura 5).
Para el grupo A se requirió de 5 DDE donadores,
obteniendo únicamente 2. Para el grupo B se requirió
de 3 DDE donadores y sólo se obtuvo 1.
En todos los casos que se requirió DDE donador,
después de llevar a cabo el cambio de elementos y de
realizar las pruebas necesarias, ambos discos (original y
donador) quedaron dañados. La figura 6 refleja el
número de casos por daño.
Tabla 6. Resultado de los casos de recuperación de información.
Grupo A Grupo B
L F L F Total
Recuperados 3 1 4 5 13
No
recuperados
1 5 0 3 9
L – Lógico. F – Físico.
Fig. 5. Cantidad de información recuperada y no recuperada.
Fig. 6. Tipos de daños.
Conclusión
La metodología propuesta fue un factor determinante
para el éxito en la recuperación de información de los
DDEs. En los casos del grupo B (con metodología) el
porcentaje de información que se obtuvo fue mayor que
aquellos casos similares del grupo A (sin metodología)
en un 35% basado en el número de casos de éxito.
Aunque el factor tiempo invertido en una recuperación
de información, varía en función de la capacidad del
disco, del daño y de la cantidad de información
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almacenada, se observa que al utilizar la metodología
propuesta dicho tiempo disminuye en comparación con
un caso similar en el cual no se aplica la metodología,
ya que se evita realizar procesos iterativos y cometer
más errores. El factor tiempo es crítico cuando lo es
para el análisis forense informático. Un factor
importante e independiente de la metodología es la
necesidad de un DDE donador para cambiar chips,
conjunto de cabezas motores, etc., aunque su uso no
garantiza el éxito. Dos problemas al que nos
enfrentamos al requerir un DDE donador, es el no
conseguirlo por ser un disco que ya está fuera del
mercado, y el otro problema es que algunas marcas de
DDE fabrican discos que aunque son del mismo
modelo su estructura internar es diferente, haciendo
imposible el cambio de elementos.
La obtención de una imagen bit a bit es de gran
importancia, ya que al realizar el análisis y la
reparación lógica, se evita alterar al DDE original, el
cual es un requisito indispensable dentro de los
procesos del Análisis Forense Informático.
La muestra sobre la cual se aplico el experimento es
pequeña, pero significativa para visualizar las mejoras,
por lo que se concluye que dicha metodología es eficaz.
Aún se sigue trabajando en el desarrollo de las etapas
que conforma la metodología, ahondando en la
definición de los pasos que intervienen por cada etapa.
Referencias
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“Computer Forensics JumpStart”, Sybex © 2005.
[2] NIST 800-86, “Guide to Integrating Forensic Techniques into
Incident Response”, August 2006.
[3] ENFSI, “Guidelines for Best Practice in the Forensic
Examination of Digital Technology”, April 2009.
[4] NIJ Special Report, “Forensic Examination of Digital Evidence:
A Guide for Law Enforcement”, April 2004.
[5] Scott Moulton’s Speech Research Material and Notes on Data
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November 2009.
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www.ontrack.com, recovered January 2010.
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Control Systems”, Int. J. of Automation Technology Vol.3 No.
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[20] http://www.runtime.org/data-recovery-software.htm.
[21] http://www.stellarinfo.com/.
[22] http://www.ptdd.com/http://www.ptdd.com/.
Currículo corto de los autores
Maricarmen Pérez García. Ingeniero Electrónico
egresada de la Universidad Autónoma Metropolitana en
2008. Cursando el grado de Maestría en Ingeniería en
Seguridad y Tecnologías de la Información.
Marcos A. Rosales García. Ingeniero en Computación
egresado de la Universidad Nacional Autónoma de
México en 2004. Obtuvo el grado de Maestro en
Ciencias en Ingeniería en Microelectrónica en 2008.
Héctor M. Pérez Meana. Ingeniero Electrónica egresado
de la Universidad Autónoma Metropolitana en 1981.
Obtuvo el grado de Maestría en Ciencias de la
Universidad de Electro-Comunicaciones en Tokio,
Japón y el grado de Doctor en Ingeniería del Instituto
de Tokio en 1986 y 1989 respectivamente.