NTFS文件系统文件寻址实操记录

前言

最近在学NTFS，发现网上的博客千篇一律，讲的不够通透，于是决定自己写一篇。

本文章通过寻找文件地址这个任务，讲述了NTFS文件系统$Boot文件、$MFT文件的结构，对$MFT文件中的A0、80属性进行了重点分析。

本文对于NTFS的具体每种属性的字段含义不会详细阐述，因此可以预先了解相关知识，或者在看到文中提到这些知识时使用搜索引擎详细查证一下。

个人认为讲的比较好的博客和资源：

• https://www.cnblogs.com/lsh123/p/15789479.html
• https://blog.csdn.net/enjoy5512/article/details/50935972
• https://www.ntfs.com/ntfs-partition-boot-sector.htm
• https://github.com/BigGan/Windows-Hack-Programming/issues/3
• https://www.intohard.com/thread-61790-1-1.html

任务背景

在一块NTFS硬盘中存在如下文件：

其中demo文件夹中有如下文件：

目标是，通过解析NTFS底层数据，找到上述所有文件的源数据。

当然，无论是010 editor还是winhex还是各类工具，其实都能够很快的通过程序找到上述文件，但是为了探究系统文件寻址的底层流程，我们认为有必要在不使用解析程序的条件下走一遍这样的流程。

实验过程

使用winhex打开硬盘：

硬盘的前8个字节告诉我们这是一块NTFS的硬盘。

众所周知，NTFS包含了16个元文件和数据区，其结构如下：

其中最开头的Boot Sector则对应了$Boot元文件，它从0号扇区开始，向后占用16个扇区。Master File Table则对应了$MFT文件，其开始位置可以在$Boot元文件中找到。要找到硬盘文件的具体位置，主要就分析这两个文件。

1. 分析$Boot文件

$Boot文件（后简称Boot文件）在第一扇区（0号扇区），从偏移量为BH的位置开始，长度为73个字节的数据为文件内的BPB结果，该结构记录了有关文件系统的重要信息。

在样例中，Boot文件内容如下所示，图中勾选内容为其BPB字段。

BPB中比较重要的是如下几个字段：

此时可以通过上述数据计算$MFT文件所在扇区。由于一个簇8个扇区，因此$MFT文件所在扇区为786432x8=6291456，跳转到该扇区后数据内容如下所示：

2. 分析$MFT文件

$MFT文件（简称MFT文件）包含了多个文件目录项，每一个文件目录项占用2个扇区，以46 49 4C 45H（FILE）开头。并且，MFT文件中的第一个文件目录项必然是MFT元文件自身，第6个文件目录必然是根目录。为了找到具体的文件，我们需要找到根目录的文件目录项。由于MFT文件目录项所在扇区为786432x8=6291456，因此根目录文件目录项和MFT文件目录项相差5个扇区，在6291456+5x2=6291466扇区，数据内容如下。

一般而言，根目录的文件目录项中会存在10H、30H、40H、50H、90H、A0H、B0H几种属性，而根目录的具体内容则在A0H属性中解析。图中的A0H属性使用了run list。一般而言，属性的长度如果不够存数据，则会使用run list进行跳转，将数据存在另外的空间中。如果某属性只有1个run list的话，只需按照如下方式解析即可：

如果有多个run list，解析方式可以看这个链接：
https://github.com/BigGan/Windows-Hack-Programming/issues/3

基于这种方式，由于上图的run list为11 01 24H，解析结果说明run list指向的起始簇号为24H=36簇，即36x8=288扇区，且大小为1簇，即4KB。跳转到288扇区得到根目录的具体数据（索引缓冲区）如下：

3. 分析根目录索引缓冲区

文件目录索引缓冲区的阅读方法类似于单向链表的遍历方式，系统需要先从索引头开始，读取第一个索引项的起始位置，并且结合索引项的长度计算下一个索引项的起始位置。为了方便表述先假设上述缓冲区开始的偏移是0H（本来是24000H）。

索引缓冲区索引头以49 4E 44 58H（INDX）开头，在其偏移为18H处保存了第一个索引项的偏移地址，即图中的40H，因此得到第一个文件的索引项的开始位置为18H+40H=58H。从索引项的开头向后数的第9个字节，即偏移为8H的位置的一个字节，为该索引项的长度，图中为68H，因此得到该索引在68H+58H=C0H处结束，此时可以确定第一个文件的索引项内容如下：

以此类推，可以得到根目录中所有文件索引项的起始位置和大小：

解析根目录中索引项的目的在于读取文件的MFT参考号，这一数据项的含义在于确定该文件在MFT文件中是第几个文件记录。在索引项中，MFT参考号为索引项的第一个字节。以demo文件夹为例，其索引项如下所示：

得到其MFT参考号为29H，即41。这说明该文件夹是MFT文件中第41个文件记录。由于MFT文件在6291456扇区，而一个文件记录占用2个扇区，因此该文件夹的MFT文件记录在磁盘中的位置为6291456+41x2=6291538扇区，具体内容如下：

4.寻找demo文件夹和demo.txt

此时我们已经找到了demo文件夹的具体内容。为了找到demo文件夹中的demo.txt，我们需要解析其中的90H属性。

90H属性是索引根属性，A0H是索引分配属性。为什么之前根目录没有分析90H属性，而在demo文件夹这个目录中我们就要分析90H属性呢？
这和目录大小有关。当一个目录很小时，就可以完全存放在索引根属性（90H属性）中，这时该目录就只需要一个属性来描述。但是有的目录太大不能完全存放在索引根中时，这时就要用到$INDEX_ALLOCATION（A0H）索引分配属性来存放它的索引项。
而上面的demo文件夹中不存在A0H属性，说明90H属性足够存放目录内容

解析上述90H属性，发现其中只存在一个索引项，MFT参考号为2AH，即40，这意味着demo.txt存储在MFT文件的第40个文件记录中，计算得到该文件所在扇区编号为6291540，数据内容如下所示。

能很清楚的看到文本中的内容，说明数据读取无误。

5.寻找pytorch_mode.bin

在根目录索引缓冲区中，pytorch_model.bin的索引项如下所示：

其MFT参考号为为27H，用前文所述方法可以计算出文件的MFT目录项在6291534扇区，内容如下：

由于该文件是一个大文件，因此数据属性（80H属性）使用了run list。

第一个run list的内容为23 83 88 01 88 15，解析结果为，数据大小为018883H（100483），起始簇号为1588H（即5512簇，5512*8=44096扇区）。跳转到44096扇区，可以看到该文件的第一部分：

第二个run list为11 01 25，解析得出该文件在37簇，内容如下：

至此所有文件在底层的位置已经全部找到。