요약
IT 및 디지털 포렌직 분야에서의 연구와 실무에서는 저장되어 있는 디지털 정보가 매우 선호되지만, 스토리지 매체가 손상되는 경우가 많이 발생합니다. 이러한 배경으로 인해 National Science Foundation과 함께 손상된 매체로부터 데이터를 복원할 수 있는 가능성을 찾는 스폰서 연구가 시작되었습니다.
 Olympus LEXT OLS4100 레이저 스캐닝 컨포칼 현미경 | CD와 DVD로 대표되는 광학 매체는 지난 20년간 광범위하게 사용되었습니다. 가정과 기업에서 CD와 DVD 버너를 일상적으로 사용하게 된 점과, 낮은 비용의 쓰기 가능 매체로 인해 사람들은 거의 모든 것을 광학 매체에 기록하는 것이 가능해졌습니다. 최근에 들어서 이러한 광학 매체가 생각했던 만큼 높은 내구성을 가지지 못한다는 것이 확인되었으나, 이 문제는 대체 스토리지 및 영구 스토리지 옵션으로 쉽게 해결이 가능했습니다. 이와 관련하여 더 큰 관심을 가지게 된 경우가 마지막 남은 데이터가 광학 매체에 담겨 있고, 해당 매체가 손상되어 있는 경우입니다. 여기서 손상되었다는 표현은 심각한 긁힘, 화학적 변화, 표면 손상, 깨짐 등을 의미합니다. 이와 같은 경우에 취할 수 있는 유일한 조치는 원본 매체의 일부에서 복원할 수 있는 데이터를 최대한으로 복원하는 것입니다. |
방법
 그림 1: 가정에서 제작하였으며 손상된 CD의 이미지. 피트와 랜드(인코딩된 데이터)는 회색 및 흰색 도트와 대시로 표시됩니다. 이러한 패턴은 0과 1로 변환된 후 디코딩되어 원본 데이터를 복원합니다. | 공장 및 가정에서 생산한 광학 매체는 서로 다른 기술을 사용하여 제조합니다. 공장의 경우 매체에 물리적인 피트를 프레스로 각인시키는 반면, 가정의 경우 필름 레이어에 색 변화를 일으켜 제작합니다. 다행히 두 기술 모두 OLYMPUS LEXT OLS4100 3D 레이저 스캐닝 컨포칼 현미경을 사용하여 이미지를 캡처하는 것이 가능합니다. (그림 1) 여기서 설명하는 접근 방식은 매체가 제작된 방식에 관계 없이 사용할 수 있습니다. |
 그림 2: 디코딩을 위해 선택된 도트와 대시 스트링. | 매체의 이미지를 확대한 후 연속된 도트와 대시(그림 2)를 선택합니다. 도트와 대시는 동심원의 형태를 가지고 있는 것처럼 보이지만,
실제로는 나선을 구성하고 있기 때문에, 트랙별로 시작과 끝이 존재합니다. 각 도트와 대시를 측정한 후 원본 데이터를 도트와 데이터로 변환하여 매체에 기록한 인코딩 알고리즘을 역설계합니다. 널리 사용되는 인코딩 알고리즘의 수는 많지 않으며, 거의 모든 알고리즘을 쉽게 찾을 수 있습니다. 이 알고리즘은 데이터 암호화를 하지 않고 단순히 정보를 중복으로 효율적으로 저장할 수 있는 형태로 인코딩합니다. 이 중복성은 제한적인 손상으로는 원본 데이터를 완전히 파괴할 수 없기 때문에 데이터 복원에 있어 매우 중요하며, 이를 통해 완전한 원본 매체를 구할 수 없는 경우에 원본 데이터를 복원할 수 있는 확률을 높여줍니다. |
 그림 3: 여러 조각으로 깨진 광학 디스크의 이미지. | 손상된 광학 매체에서 데이터를 복원하는 것은 손상 범위에 따라 매우 달라집니다. 그림 3은 여러 조각으로 깨진 광학 디스크의
이미지입니다. 해당 매체는 깨졌다는 점과 표면 긁힘 등의 마모에 의해 일반적인 방법으로는 읽는 것이 불가능합니다. 디스크를 깨는 등 매체를 의도적으로 파괴한 경우가 특히 높은 관심을 받은 이유는 데이터의 '컨테이너'가 손상되었을 뿐이며 데이터의 대부분이 그대로 유지된다는 점 때문입니다. 그림 3은 이와 같은 디스크로, 충격에 의해 디스크는 깨졌지만, 데이터는 영향을 거의 받지 않았다는 것을 확인할 수 있습니다. LEXT OLS4100를 사용하여 데이터 패턴을 측정하여 데이터 손상이 발생했는지 여부를 확인합니다. 데이터 손상이 발생한 경우, 알고리즘을 조정하여 손상 수준을 파악한 후 측정값을 기준으로 데이터를 복원하는 것이 가능할 수도 있습니다. |
고배율을 사용하면 정확한 측정을 통해 데이터 분석 및 복구의 비율을 발전시킬 수 있습니다. 그림 4는 광학 디스크의 데이터를 최대 확대한 고해상도 예시입니다.
이 문서를 작성하는 시점을 기준으로 수동 디코딩을 통해 데이터를 복원할 수 있었습니다. 현재는 컴퓨터 프로그램으로 이 공정을 자동화시키는 노력이 진행되고 있습니다. 광학 매체에서 사용 가능한 정보를 복원하는 측면에서 중요한 역할을 수행하는 3D 이미지 캡처와 측정 기능을 제공하는 OLS4100은 광학 매체로부터 정보를 수집하여 복원 가능성을 평가하는데 사용하고 있습니다. 그림 5는 광학 디스크의 3D 데이터 이미지입니다.
 그림 4: 17120x 배율로 확대한 손상된 DVD |  그림 5: 광학 디스크 데이터의 3D 이미지. |
결론
이 작업에는 다양한 용도를 가지고 있습니다. 그 중 하나는 유실되었다고 생각된 데이터를 복원하는 것입니다. 또다른 용도는 그 반대입니다. 데이터 복원 가능성이 있는 특성을 이해하는 것으로 보안 기술을 조정하여 해당 데이터가 복원될 수 없도록 만드는 것이 가능합니다. 일례로, 종이 문서를 파기하는 방법 중 하나는 연소하는 것입니다. 하지만 포렌직 기술의 발달로 인해 연소된 문서로부터 정보를 복원하는 것이 가능한 기술이 개발되었습니다. 이후 문서 파기 기술은 포렌직 기술 발달에 대응하기 위해 진화를 거듭했습니다.
손상된 광학 매체에서 데이터를 효율적으로 복원하는 데 필요한 모든 과제를 해결하는 것이 목표는 아니지만, 현재 기술은 이러한 요소들을 다듬는 것으로 발전을 계속하고 있습니다.
이 연구는 National Science Foundation 기금 No. 1116268의 지원을 받았습니다. 이 연구에 사용된 의견, 결과, 결론, 권고사항은 저자의 주관이며, National Science Foundation의 입장을 반영하지 않습니다.
Greg Gogolin, Ph.D. (Ferris State University)
James Jones, Ph.D. (George Mason University)
Derek Brower, M.S. (Ferris State University)
