故障したSSDからデータを回復する方法

ハブロフスクの皆様へのご挨拶！



今日、故障したSSDドライブから情報を回復することについて少し話すことを提案します。 しかし、まず、貴重なキロメガバイトとギガバイトを節約する技術に慣れる前に、上の図に注意してください。 その上で、最も人気のあるSSDモデルを、それらからのデータリカバリが成功する確率に従って並べようとしました。





ご想像のとおり、ドライブがグリーンゾーンにある場合、通常は問題が最も少なくなります（もちろん、エンジニアが必要なツールを持っている場合）。 また、レッドゾーンからのドライブは、所有者と修復エンジニアの両方に多くの苦痛を与える可能性があります。 このようなSSDに障害が発生した場合、今日では、失われたデータを回復できる可能性は小さすぎます。 SSDがレッドゾーンまたはその隣にある場合は、ブラッシングする前にバックアップすることをお勧めします。



今日、すでにバックアップを作成している人、猫へようこそ。



ここで小さな予約をする必要があります。 一部の企業はもう少し多くのことができ、一部の企業は少し少なくなります。 図に示されている結果は、2015年現在の業界の断面を表しています。



現在まで、障害のあるSSDからデータを回復する2つのアプローチが一般的です。

アプローチ番号1。 NANDフラッシュチップのダンプ

問題の解決策は額で呼ばれます。 ロジックは簡単です。 ユーザーデータは、NANDフラッシュメモリチップに保存されます。 ドライブに障害がありますが、チップ自体が正常な場合はどうなりますか？ ほとんどの場合、超小型回路が動作しています。 それらに保存されているデータの一部は破損している可能性がありますが、マイクロ回路自体は正常に機能しています。 次に、ドライブ回路基板から各超小型回路のはんだ付けを解除し、プログラマーを使用してその内容を読み取ります。 そして、受信したファイルからドライブの論理イメージを収集しようとします。 このアプローチは現在、USBフラッシュドライブやさまざまなメモリカードからデータを回復するときに使用されます。 この仕事はありがたいことではないとすぐに言わなければなりません。



読書段階で困難が生じる場合があります。 NANDフラッシュメモリチップはさまざまなパッケージで提供されており、プログラマーにバンドルされている特定のチップでは、アダプターが不要な場合があります。 このような場合、キットには通常、配線用の汎用アダプターが含まれています。 細いワイヤーとはんだごてを使用して、エンジニアは、必要なマイクロ回路の脚をアダプターの対応する接点に接続することを余儀なくされます。 タスクは非常に解決可能ですが、直接的な手、特定のスキルと時間を必要とします。 私自身ははんだごてに詳しくないので、この仕事は尊敬されています。







SSDにはこれらのマイクロサーキットが8個または16個ある可能性が高く、それぞれをはんだ付けしてカウントする必要があることを忘れないでください。 はい、チップを読み取るプロセスも高速で呼び出すことはできません。

それでは、受け取ったダンプからイメージを収集するだけで、問題は解決しません！ しかし、その後、楽しみが始まります。 詳細には触れませんが、エンジニアと彼が使用するソフトウェアが解決しなければならない主なタスクのみを説明します。

ビットエラー

NANDフラッシュメモリチップの性質により、保存されたデータに間違いなくエラーが発生します。 個々のメモリセルは、誤って、一貫して誤って読み取られ始めます。 そして、これは、特定の範囲内のエラーの数が特定のしきい値を超えないまで、正確に標準と見なされます。 ビットエラーに対処するために、修正コード（ECC）が使用されます。 ユーザーデータを保存するとき、ドライブはデータブロックをいくつかの範囲に事前に分割し、各範囲にいくつかの冗長データを追加します。これにより、発生する可能性のあるエラーを検出および修正できます。 修正できるエラーの数は、コードの能力によって決まります。



コードの出力が高いほど、割り当てられたバイトのシーケンスが長くなります。 上記のシーケンスを計算して追加するプロセスはコーディングと呼ばれ、ビットエラーの訂正はデコーディングと呼ばれます。 エンコードおよびデコードスキームは、通常、ドライブコントローラー内に実装されたハードウェアです。 読み取りコマンドが実行されると、ドライブは他の操作とともにビットエラーも修正します。 受信したダンプファイルで同じデコード手順を実行する必要があります。 これを行うには、使用するコードのパラメーターを決定します。

メモリチップページ形式

メモリチップの読み取りと書き込みの単位は、ページと呼ばれる単位です。 最新のチップの場合、ページサイズは約8 KBまたは4 KBです。 さらに、この値は2の累乗ではなく、もう少しです。 つまり、ページ内に4 KBまたは8 KBのユーザーデータなどを配置できます。 ドライブのこの冗長部分は、修正コードと一部のサービスデータの保存に使用されます。 通常、ページはいくつかの範囲に分割されます。 各範囲は、ユーザーデータ領域（UA）とオーバーヘッドデータ領域（SA）で構成されます。 後者は、この範囲を保護する補正コードを保存するだけです。







すべてのページの形式は同じであり、正常に回復するには、ユーザーデータに対応するバイト範囲とサービスデータに対応するバイト範囲を判断する必要があります。

スクランブルVS暗号化

最近のSSDのほとんどは、ユーザーデータをクリアテキストで保存するのではなく、事前にスクランブルまたは暗号化しています。 これら2つの概念の違いはかなりarbitrary意的です。 スクランブルは、ある種の可逆的な変換です。 この変換の主なタスクは、ソースデータからビットのランダムシーケンスに似たものを取得することです。 この変換は暗号化されていません。 変換アルゴリズムの知識により、ソースデータを簡単に取得できます。 暗号化の場合、アルゴリズムの知識だけでは何も得られません。 復号化キーも知っている必要があります。 したがって、ドライブがハードウェアベースのデータ暗号化を使用しており、暗号化設定がわからない場合、読み取りダンプからデータを回復することはできません。 このタスクを開始しない方がいいです。 幸いなことに、ほとんどのメーカーは、暗号化を使用していることを正直に認めています。



さらに、マーケティング担当者は、この犯罪的な（データリカバリに関して）機能を、おそらく他のドライブよりも競争上の優位性をもたらすオプションにすることができました。 そしてまあ、パラノイアのための別のモデルがあれば、不正アクセスに対する保護が定性的に行われます。 しかし、今、明らかに、暗号化の欠如が悪い形と見なされる時が来ました。

スクランブルの場合、物事はそれほど悲しいものではありません。 ドライブでは、ソースデータおよび生成されたビットシーケンス（XORパターン）に対して実行されるビット演算XOR（モジュロ2加算、「OR」を除く）として実装されます。



多くの場合、この操作はbyで示されます。



以来

X⊕X = 0

初期データを取得するには、読み取りバッファとXORパターンをビットごとに追加する必要があります。

（X⊕キー）⊕キー= X⊕（キー⊕キー）= X⊕0 = X

XORパターンを決定するために残っています。 最も単純なケースでは、すべてのページが同じXORパターンを使用します。 ドライブが長いパターン、たとえば256ページの長さを生成し、その後、マイクロサーキットの最初の256ページがそれぞれ独自のパターンで折りたたまれ、256ページの次のグループに対して繰り返される場合があります。 しかし、もっと複雑なケースがあります。 各ページに対して、独自のパターンが何らかの法律に基づいて個別に生成される場合。 そのような場合、とりわけ、この法律を解くようにする必要があります。

画像の組み立て

すべての予備的な変換（ビットエラーの修正、スクランブルの除去、ページ形式の決定、および場合によっては他のいくつかの決定）が完了したら、最後のステップはイメージを組み立てることです。 超小型回路セルの書き換えサイクルの数が限られているという事実により、ドライブは、超小型回路の寿命を延ばすためにウェアレベリングメカニズムの使用を余儀なくされています。 この結果、ユーザーデータは連続して保存されるのではなく、チップ内にランダムに分散されます。 明らかに、ドライブは現在のデータブロックをどこに保存したかを何らかの形で記憶する必要があります。 これを行うために、彼は特別なテーブルとリストを使用し、それらもメモリチップに保存します。 これらの構造の多くは翻訳者と呼ばれます。 むしろ、トランスレータは一種の抽象化であり、論理アドレス（セクタ番号）を物理アドレス（マイクロサーキットとページ）に変換する責任があると言われます。



したがって、ドライブの論理イメージを収集するには、すべてのトランスレーター構造の形式と目的を理解し、それらを見つける方法を知る必要があります。 一部の構造は非常に大きく、したがって、ドライブはその全体を1か所に保存せず、また、異なるページに散らばった断片であることが判明しています。 そのような場合、この分布を記述する構造が必要です。 翻訳者にとって翻訳者であることがわかります。 彼らは通常これで停止しますが、さらに先へ進むことができます。



このデータリカバリのアプローチにより、ドライブを低レベルで完全にエミュレートできます。 したがって、このアプローチの長所と短所。



短所：

• 労働投入量 。 ドライブを完全にエミュレートするため、すべての汚い作業を行う必要があります。
• 失敗するリスク 。 少なくとも1つのタスクセットを解決できない場合は、復元の問題はありません。 また、多くのオプションがあります。超小型回路を読み取ることができない、というのはプログラマーがそれらをサポートしていないためです。 不明な修正コード; 不明なXORパターン。 暗号化 不明な翻訳者
• ドライブをさらに捨てるリスク 。 握手に加えて、リスクはメモリチップ自体を加熱することです。 磨耗した回路の場合、これにより追加のビットエラーが発生する可能性があります。
• 作業の時間と費用

長所：

• 幅広いタスク 。 ドライブに必要なのは、作業メモリチップだけです。 他の要素がどの状​​態にあるかは関係ありません。

アプローチ番号2。 技術モード

多くの場合、SSD開発者は、仕様に従ってドライブの動作を実装するだけでなく、個々のドライブサブシステムの動作をテストし、いくつかの構成パラメーターを変更できる追加機能も提供します。 これを可能にするドライブコマンドは通常、技術的と呼ばれます。 また、障害のあるドライブを操作するときに非常に役立つことも証明されていますが、その損傷はソフトウェアの性質です。



前述のように、時間の経過とともに、メモリチップにビットエラーが発生することは避けられません。 そのため、統計によると、ほとんどの場合、SSD障害の原因は、サービス構造に修正不可能なビットエラーが現れることです。 つまり、物理レベルでは、すべての要素が正常に機能します。 ただし、サービス構造の1つが破損しているため、SSDを正しく初期化できません。 この状況は、SSDモデルによって処理方法が異なります。 一部のSSDは緊急動作モードに入ります。このモードでは、ドライブの機能が大幅に低下します。特に、読み取りまたは書き込みコマンドに対してドライブがエラーを返します。 多くの場合、故障を何らかの形で知らせるために、ドライブはパスポートデータの一部を変更します。 たとえば、Intel 320シリーズはシリアル番号ではなく、エラーコード付きの文字列を返します。 最も一般的な障害は、シリーズ「BAD_CTX％error code％」からのものです。



このような状況では、技術チームの知識が非常に役立ちます。 それらを使用して、すべてのサービス構造を分析し、ドライブの内部ログを読み取って、初期化プロセスで何がうまくいかなかったかを調べることができます。 実際には、テクノチームがこのために追加された可能性が最も高いため、メーカーはドライブの障害の理由を見つけ、作業の改善を試みる機会を得ました。 誤動作の原因を特定したら、それを解消し、ドライブを再び元の状態に戻すことができます。 しかし、これにはすべて、デバイスのアーキテクチャに関する真に深い知識が必要です。 ここでのアーキテクチャによって、私はそれがより広範囲に動作するドライブファームウェアとサービスデータを理解しています。 開発者のみが同様のレベルの知識を持っています。 したがって、それらに属していない場合は、ドライブの包括的なドキュメントを用意するか、このモデルの学習にかなりの時間を費やす必要があります。 もちろん、開発者はベストプラクティスを急いで共有することはなく、パブリックドメインにはそのようなドキュメントはありません。 率直に言って、私は一般的にそのようなドキュメントが存在することを疑います。



現在、SSD製造業者が多すぎて、新しいモデルが頻繁に登場し、詳細な調査のための時間が残っていません。 したがって、少し異なるアプローチが実践されています。



技術チームの中で、メモリチップのページの読み取りを可能にするコマンドは非常に便利です。 したがって、SSDケースを開かずに、ドライブのSATAインターフェースを介してダンプ全体を読み取ることができます。 この場合、ドライブ自体はNANDフラッシュメモリチップのプログラマとして機能します。 原則として、そのような行為はドライブの保証条件に違反するべきではありません。



多くの場合、メモリチップテクノ命令を読み取るためのプロセッサは、ドライブの側でビットエラーの訂正、場合によってはデータ復号化を残すことができるように実装されます。 これにより、データ回復プロセスが大幅に促進されます。 実際、翻訳のメカニズムを処理するだけであり、ソリューションの準備ができていると言えます。



言葉で言えば、それは終わった、すべてがただ聞こえる。 しかし、そのようなソリューションの開発には多くの工数がかかります。 その結果、サポートするSSDモデルは1つだけ追加されます。



しかし、その後、データ復旧のプロセス自体が大幅に簡素化されます！ このようなユーティリティを使用すると、ドライブをコンピューターに接続してこのユーティリティを実行するだけで済み、テクノコマンドとサービス構造の分析により、論理イメージが構築されます。 残っているのは、パーティションとファイルシステムの分析だけです。 これは困難な作業にもなり得ます。 ただし、ほとんどの場合、ビルドされたイメージを使用すると、ほとんどのユーザーデータをほとんど問題なく回復できます。



短所：

• 開発の複雑さとコスト 。 かなりの数の企業が独自の開発部門を維持し、この種の研究を実施する余裕があります。
• ソリューションは個別です。
• 限られた範囲のタスク 。 すべてのドライブがこのアプローチを使用するわけではありません。 SSDは物理的に健全でなければなりません。 また、めったにありませんが、一部のサービス構造が損傷すると、ユーザーデータを復元できない可能性があります。

長所：

• シンプルさ 。
• 場合によっては、暗号化を回避します 。 実際、ハードウェアデータの暗号化を使用して一部のドライブからデータを回復する唯一の既知の方法は、技術的なコマンドを使用したデータ回復へのアプローチです。

おわりに

戦争では、あらゆる手段が優れています。 しかし、個人的には、より微妙なツールとして2番目のアプローチを好みます。 そして、最も有望なのは、ハードウェア暗号化のこれまでにない広がりが、チップの生のダンプから情報を回復する可能性を排除しているためです。 ただし、最初のアプローチには独自のニッチなタスクがあります。 概して、これらはドライブの技術的機能を使用して解決できないタスクです。 まず第一に、これらはハードウェアの誤動作を伴うドライブであり、損傷した要素を特定する方法はありません。また、損傷の性質が修理を妨げることもありません。 また、同様のSSDモデルから情報を回復した経験が既にある場合、またはソリューションに関する情報がある場合にのみ、ビジネスに取り掛かることをお勧めします。 遭遇するものを知る必要があります：暗号化またはスクランブルが使用されているか、どのXORパターンが使用される可能性が高いか、トランスレータ形式がわかっているか（イメージコレクターがありますか） そうでない場合、成功の可能性は小さく、少なくとも問題を迅速に解決することはできません。 さらに、加熱は摩耗したメモリチップに悪影響を及ぼし、その結果、追加のビットエラーが発生する可能性があり、その結果、将来軟膏にハエが追加される可能性があります。



今のところすべてです。 気をつけて！ そして、はい、それはあなたのデータのバックアップを保存します！