Digitale Forensik. Teil 5: Festplatten und ihre Sicherung. Schulung Bundespolizeiakademie Juli 2007

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1 Digitale Forensik Schulung Bundespolizeiakademie Juli 2007 Teil 5: Festplatten und ihre Sicherung Prof. Dr. Felix Freiling Universität Mannheim Lehrstuhl für Praktische Informatik 1 Dr. Kay Schumann Universität Bonn Institut für Strafrecht Name und Datumwww.uni-mannheim.de Seite 1

2 Lehrplan Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag I Einführung Festplatten: Partitionen, Dateisysteme Grundlagen des Beweisrechts Internet: Hintergrund Abschluss II Digitale Spuren Festplattenanalyse 1 Beweiserhebung und Dokumentation Internet 1 Offene Fragen III Forensische Prinzipien Festplattenanalyse 2 Beschlagnahme von Daten Internet 2 IV Wie Angreifer vorgehen Festplattenanalyse 3 Internetermittlung und online- Durchsuchung Internet 3 Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 2

3 Motivation Der größte Teil an digitalen Spuren fällt heute (noch) auf Festplatten an Festplattendaten müssen forensisch gesichert und ausgewertet werden Wir betrachten in einem ersten Schritt die technischen Grundlagen sowie den Vorgang des Sicherns (mit dd) Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 3

4 Quellen Brian Carrier: File System Forensic Analysis Maximillian Dornseif: Vorlesung Computerforensik, RWTH Aachen, 2004 Bilder: Wikipedia, Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 4

5 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 5

6 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 6

7 Ablauf Boot-Prozess eines Rechners [Carrier, Abbildung 2.7] Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 7

8 Festplatten von Aussen Quelle: Wikipedia Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 8

9 Festplatte von Innen Quelle: Wikipedia Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 9

10 Detailaufnahme Arm Quelle: Wikipedia Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 10

11 Detailaufnahme Schreib- /Lesekopf Quelle: Wikipedia Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 11

12 Festplattengeometrie einer Scheibe [Carrier, Abbildung 2.9] Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 12

13 Festplattengeometrie Festplatte besteht aus einer Reihe übereinander angeordneter Scheiben mit eigenen Schreib-/Leseköpfen (head) Low Level Format erzeugt auf der Magnetoberfläche Strukturen für Spuren (tracks) und Sektoren (sectors) Spuren werden von außen nach innen durchnumeriert (beginnend mit 0) Sektoren beginnen bei Nummer 1 Alle Spuren mit gleicher Nummer auf unterschiedlichen Scheiben bilden einen Zylinder (cylinder) Sektor ist die kleinste addressierbare Einheit der Festplatte Jeder Sektor ist durch Angabe von Zylinder (C), Schreib-/Lesekopf (H), Sektor (S) eindeutig addressierbar Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 13

14 CHS vs. LBA Die CHS-Adressierung ist heute veraltet Moderne Festplatten numerieren alle Sektoren von vorne nach hinten durch Logical Block Address (LBA) Adresse muss nichts mit der physischen Position auf der Platte zu tun haben Defekte Sektoren mussten früher vom Betriebssystem erkannt und gemieden werden Moderne Festplatten ersetzen defekte Sektoren durch eine Umdefinition der LBA Intern können Festplatten Sektoren und Spuren auch umsortieren, um eine bessere Performance zu bieten Details sind nur interessant, wenn man Festplatten aufmacht Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 14

15 Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 15

16 Schnittstellen ATA (AT Attachment) ist heute die gebräuchlichste Festplattenschnittstelle ATA wird oft als IDE bezeichnet IDE (integrated disk electronics) bedeutet lediglich, dass die Zugriffslogik auf der Platte selbst vorhanden ist Offizielle Infos zum ATA Standard auf ATA benötigt einen Controller Meist auf den Motherboards der Computer vorhanden Controller befehligt bis zu zwei Platten an einem einzelnen Kabel Interface hat 40 Pins Mit Adaptern kann man ATA-Festplatten an nahezu jede Schnittstelle anschliessen (Netzwerk, USB,...) Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 16

17 Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 17 Quelle: Dornseif

18 Physische Adressen von Sektoren CHS-Adressen waren ursprünglich auf 16-Bit Zylinder, 4-Bit Kopf und 8-Bit Sektoren eingeschränkt Ältere BIOSs verwenden teilweise noch 10-Bit Zylinder, 8-Bit Kopf und 6-Bit Sektoren Kleinster gemeinsamer Nenner erlaubte nur 504 MB Platten Neuere BIOSs übersetzen eigene Adressen in Adressen, die dem ATA-Standard entsprechen BIOS spielt nach außen hin andere Geometrie vor Maximale Plattengröße 8,1 GB Ältere Platten sind also oft schwierig zu lesen Falls Platte in ein neues System eingesetzt wird, kann Übersetzung fehlschlagen Herstellerangaben zu BIOS-Versionen prüfen Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 18

19 LBA Um die Grenze von 8,1 GB zu überwinden, wurde Logical Block Address (LBA) eingeführt Sektoren haben logische Nummer, beginnend bei 0 (48 Bit) Seit ATA-6 (2002) wird CHS nicht mehr standardisiert Manche Dateisysteme benutzen es aber noch Umwandlung LBS in CHS kann von Hand vorgenommen werden: LBA 0 ist CHS 0,0,1 LBA 1 ist CHS 0,0,2... (bis alle Sektoren der Spur voll sind) nächster LBA ist CHS 0,1,1 Äußerer Zylinder wird von unten nach oben gefüllt, dann nächster Zylinder nach innen, usw. Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 19

20 Host Protected Area (HPA) Host Protected Area ist ein spezieller Bereich auf der Festplatte, den man leicht übersieht Größe kann mit ATA-Befehlen gesteuert werden Dort abgelegte Daten werden auch nach der Formatierung der Platte nicht gelöscht Zweck: Installationsmedium, Recovery-Informationen des Herstellers HPA liegt am Ende der Festplatte Existenz und Größe der HPA können über ATA- Befehle herausgefunden werden Spezielle Tools verwenden (z.b. Sleuth Kit) Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 20

21 Beispiel HPA [Carrier, Abb. 2.12] Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 21

22 Device Configuration Overlay (DCO) Seit ATA-6 gibt es das DCO Man kann nach außen andere Eigenschaften der Festplatte vortäuschen DCO liegt am Ende der Platte noch hinter der HPA Mit ATA-Befehlen kann man auch die Existenz und Größe des DCO herausfinden Tools verwenden (z.b. Sleuth Kit) Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 22

23 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 23

24 Wo kann die Analyse beginnen? Abstraktionsschichten von Computersystemen erlauben verschiedene Ansatzpunkte für die Datensicherung Magnetisierte Oberfläche der Festplatte (Elektrotechnik) Laufwerke (Volume) und Partitionen Dateisysteme und Swap Space Applikationsebene Wir konzentrieren uns auf Laufwerke/Partitionen und Dateisystemebene [Carrier, p. 11] Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 24

25 Generelle Methode Auf jeder Abstraktionsstufe gehen Daten verloren Man sollte Daten so tief wie nötig aber so hoch wie möglich sichern Tief genug, um alle relevanten Spuren zu finden Hoch genug, um nicht zuviele Daten zu haben Meistens reicht es, alle Sektoren einer Platte zu kopieren Blockweises lesen der Originalplatte (meist Sektor für Sektor) Falls Daten unlesbar, Fehlermeldung und Lesen von Nullen Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 25

26 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 26

27 Dead or Live Aquisition Dead Aquisition = Sicherung der Daten ohne die Hilfe des Betriebssystems auf dem verdächtigen Rechner Schließt den Fall ein, dass man die Hardware nutzt (wenn man von CD oder Floppy bootet) Vorsicht: Keine Dateisysteme mounten (nichts verändern) Risiko veränderter Hardware ist gering Live Aquisition = Sicherung mit Hilfe des Betriebssystems Risiko: Modifiziertes Betriebssystem, Rootkits Für Live Aquisition braucht man gute Gründe Vertrauenswürdige Tools verwenden (z.b. Helix) Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 27

28 Rootkit-Analogie [Carrier, p. 51] To provide an analogy to the physical world, imagine the police arriving at a crime scene where there are several people and it is unknown whether any were involved in the crime. A little while later, the police are looking for a certain object, and they ask one of these unknown people to go into one of the rooms and look for the object. The person comes back to the officer and says that he could not find the object, but should the officer trust him? Maybe this person was involved in the crime, and the object was in the room, but he destroyed it when he was sent in to look for it. Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 28

29 HPA und DCO Prüfen, ob HPA oder DCO existieren Z.B. Tools aus dem Sleuth Kit verwenden Um auf HPA oder DCO zuzugreifen, muss man die Konfiguration der Festplatte ändern Gefahr der Datenmodifikation! Empfehlung: Erst eine Kopie ohne HPA/DCO machen Anschließend Konfiguration ändern Neue Kopie machen Prozess dokumentieren Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 29

30 Hardware-Unterstützung Fehler beim Zugriff auf Festplatten sind schnell passiert Hardware Write Blocker helfen Können zwischen Controller und Platte geklemmt werden Unterdrücken schreibende Kommandos Problem bei Zugriff auf HPA/DCO Kurzzeitiges Schreiben nötig Hardware Write Blocker müssen dies unterstützen Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 30

31 Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 31

32 Quelle: Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 32

33 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 33

34 Wo soll man hinkopieren? Festplatte oder Datei? Ursprünglich: 1:1 Kopie auf eine eigene Festplatte (clone copy) Vorher die Festplatte ausnullen Problem mit dem Erkennen des Endes der Kopie auf der Zielplatte Problem mit unterschiedlicher Geometrie Problem, wenn Betriebssystem die neue Platte sofort mounten will (Microsoft Windows) Heute: Kopie in eine Datei oder auf eine CD-ROM (image) Keine Probleme mit den Grenzen der Datei Keine Probleme mit automatischem mounten Speicherplatz kann vorher ausgenullt werden, um sicher zu gehen, dass keine Kontamination mit vorher dort gespeicherten Daten stattfand Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 34

35 Image-Dateiformat Raw Image 1:1-Kopie der Festplatte in Datei Embedded Image Fügt zusätzliche Daten wie Hashwerte, Zeitstempel und Kommentare hinzu Metadaten können auch in separater Datei abgelegt werden Viele proprietäre Formate Images können komprimiert werden (z.b. mit gzip), um Platz zu sparen Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 35

36 Sichern über das Netz Man kann Daten auch über das Netzwerk kopieren Gut, wenn man nicht an die Festplatte herankommt Oder wenn man nicht den richtigen Adapter dabei hat Rechner mit vertrauenswürdiger CD-ROM booten Festplatte mit einem Tool über das Netz kopieren Beispiel: dd über netcat Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 36

37 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 37

38 Kryptographische Hashwerte Ein kryptographischer Hash ist eine Funktion H, die eine lange Folge von Bits m auf eine große Zahl H(m) = h (den Hashwert) abbildet Eigenschaften: Es ist praktisch unmöglich, zu einem gegebenen h eine Bitfolge m zu finden, für die H(m) = h gilt Es ist praktisch unmöglich, zu einer gegebenen Bitfolge m eine weitere Bitfolge m zu finden, so dass H(m) = H(m ) Folgerung: Es ist praktisch unmöglich, ein Image zu manipulieren, wenn der Hashwert nicht manipuliert werden kann Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 38

39 Problem mit Embedded Images Embedded Images speichern Hashwerte in derselben Datei wie das Image Image und Hashwert können gleichermaßen modifiziert werden Man muss dokumentieren, welchen Hashwert das Image zu welcher Zeit hatte Nutzen eines handgeschriebenen Logbuches Ein Angreifer müsste nicht nur die Dateien ändern, sondern auch das Logbuch Berechnung des Hashwertes möglichst mit einem unabhängigen Tool Nicht dasselbe Tool, mit dem man auch Kopiert Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 39

40 Teil-Hashwerte Wenn ein einzelnes Bit im Original verändert wurde, ändert sich der Hashwert Kann durch Alterung der Daten passieren Komplette Beweiskette bricht zusammen Man kann alternativ einzelne Hashwerte für Teile der Daten (chunks) berechnen Verlust der Daten beschränkt sich nur auf den chunk, dessen Hashwert nicht mehr stimmt Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 40

41 Spezialhardware Hersteller bieten all in one Lösungen für Sicherung an Spezialcomputer mit Software, Kabeln, Schnittstellen, usw. alles in einem praktischen Koffer für den Einsatz vor Ort Kopieren mit hoher Datenrate und berechnen gleichzeitig Krypto-Hashwert Einige Beispiele... Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 41

42 Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 42

43 Weitere Beispiele Quelle: Quelle: Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 43

44 Übersicht Festplattentechnologie Arten von Festplatten, Standards Sicherung (Preservation) von Festplattendaten Allgemeine Methodik und Verlässlichkeit der Tools Lesen des Originals Schreiben der Kopie Integrität der Kopie Übung: Sichern einer Diskette mit dd in Helix Digitale Forensik, Schulung Bundespolizeiakademie, Juli 2007 Seite 44

45 Communications of the ACM, 48(8), 2006 Ausblick Nach der Pause: Image einer Floppy anfertigen Integrität sicherstellen Sichern über das Netz Fragen? Name und Datumwww.uni-mannheim.de Seite 45

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