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name: performing-file-carving-with-foremost description: 使用 Foremost 的文件头/文件尾签名雕刻技术，从磁盘镜像和未分配空间中恢复文件，无论文件系统状态如何均可提取证据。 domain: cybersecurity subdomain: digital-forensics tags: [forensics, file-carving, foremost, data-recovery, evidence-recovery, unallocated-space] version: "1.0" author: mahipal license: Apache-2.0

使用 Foremost 执行文件雕刻

适用场景

• 从未分配磁盘空间或损坏的文件系统中恢复文件时
• 从格式化或擦除的存储介质中提取证据时
• 文件系统元数据不可用但原始数据扇区包含证据时
• 调查需要从原始镜像中恢复特定文件类型时
• 作为基于文件系统恢复的补充，以最大化证据提取时

前置条件

• 取证工作站上已安装 Foremost
• 原始（dd）格式的取证磁盘镜像
• 充足的输出存储空间（可能大于源文件）
• 针对特定文件类型的自定义 foremost.conf（可选）
• 了解目标文件类型的文件签名（魔术字节）
• Scalpel 作为性能关键型雕刻的替代工具

工作流程

步骤 1：安装和配置 Foremost

# 安装 Foremost
sudo apt-get install foremost

# 验证安装
foremost -V

# 查看默认配置
cat /etc/foremost.conf

# 默认 foremost.conf 支持：
# jpg, gif, png, bmp - 图像格式
# avi, exe, mpg, wav - 媒体文件和可执行文件
# riff, wmv, mov, pdf - 文档和视频
# ole (doc/xls/ppt), zip, rar - Office 文件和压缩包
# htm, cpp, java - 文本/代码文件

# 为额外文件类型创建自定义配置
cp /etc/foremost.conf /cases/case-2024-001/custom_foremost.conf

# 添加自定义文件签名
cat << 'EOF' >> /cases/case-2024-001/custom_foremost.conf
# 调查自定义新增内容
# 格式：扩展名  区分大小写  最大大小  文件头  文件尾
    docx    y    10000000    \x50\x4b\x03\x04    \x50\x4b\x05\x06
    xlsx    y    10000000    \x50\x4b\x03\x04    \x50\x4b\x05\x06
    pptx    y    10000000    \x50\x4b\x03\x04    \x50\x4b\x05\x06
    sqlite  y    50000000    \x53\x51\x4c\x69\x74\x65\x20\x66\x6f\x72\x6d\x61\x74
    pst     y    500000000   \x21\x42\x44\x4e
    eml     y    1000000     \x46\x72\x6f\x6d\x3a    \x0d\x0a\x0d\x0a
    evtx    y    50000000    \x45\x6c\x66\x46\x69\x6c\x65
EOF

步骤 2：对磁盘镜像运行 Foremost

# 雕刻所有支持的文件类型（基本模式）
foremost -t all \
   -i /cases/case-2024-001/images/evidence.dd \
   -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/

# 仅雕刻特定文件类型
foremost -t jpg,png,pdf,doc,xls,zip \
   -i /cases/case-2024-001/images/evidence.dd \
   -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_targeted/

# 使用自定义配置
foremost -c /cases/case-2024-001/custom_foremost.conf \
   -i /cases/case-2024-001/images/evidence.dd \
   -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_custom/

# 从特定分区偏移量开始雕刻
# 首先，查找分区信息
mmls /cases/case-2024-001/images/evidence.dd
# 然后仅从未分配空间雕刻
# 使用 blkls 提取未分配空间
blkls -o 2048 /cases/case-2024-001/images/evidence.dd \
   > /cases/case-2024-001/unallocated.dd

foremost -t all \
   -i /cases/case-2024-001/unallocated.dd \
   -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_unalloc/

# 详细模式以查看进度
foremost -v -t all \
   -i /cases/case-2024-001/images/evidence.dd \
   -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_verbose/ 2>&1 | \
   tee /cases/case-2024-001/carved/foremost_log.txt

# 间接模式（处理标准输入）
dd if=/cases/case-2024-001/images/evidence.dd bs=512 skip=2048 | \
   foremost -t jpg,pdf -o /cases/case-2024-001/carved/foremost_pipe/

步骤 3：使用 Scalpel 进行高性能雕刻

# 安装 Scalpel（基于 Foremost 的更快替代工具）
sudo apt-get install scalpel

# 编辑 Scalpel 配置（取消注释所需文件类型）
cp /etc/scalpel/scalpel.conf /cases/case-2024-001/scalpel.conf
# 在配置中取消注释目标文件类型对应的行

# 运行 Scalpel
scalpel -c /cases/case-2024-001/scalpel.conf \
   -o /cases/case-2024-001/carved/scalpel/ \
   /cases/case-2024-001/images/evidence.dd

# 带文件大小限制的 Scalpel
# 编辑 scalpel.conf 设置适当的最大大小：
# jpg  y  5000000  \xff\xd8\xff  \xff\xd9
# pdf  y  20000000 %PDF  %%EOF

步骤 4：处理并验证雕刻的文件

# 查看 Foremost 审计报告
cat /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/audit.txt

# audit.txt 包含：
# - 每种类型找到的文件数
# - 起始和结束偏移量
# - 文件大小

# 验证雕刻的文件
python3 << 'PYEOF'
import os
import subprocess
from collections import defaultdict

carved_dir = '/cases/case-2024-001/carved/foremost_all/'
stats = defaultdict(lambda: {'total': 0, 'valid': 0, 'invalid': 0, 'size': 0})

for subdir in os.listdir(carved_dir):
    subdir_path = os.path.join(carved_dir, subdir)
    if not os.path.isdir(subdir_path) or subdir == 'audit.txt':
        continue

    for filename in os.listdir(subdir_path):
        filepath = os.path.join(subdir_path, filename)
        if not os.path.isfile(filepath):
            continue

        ext = subdir
        filesize = os.path.getsize(filepath)
        stats[ext]['total'] += 1
        stats[ext]['size'] += filesize

        # 使用 file 命令验证文件类型
        result = subprocess.run(['file', '--brief', filepath], capture_output=True, text=True)
        file_type = result.stdout.strip()

        if 'data' in file_type.lower() or 'empty' in file_type.lower():
            stats[ext]['invalid'] += 1
        else:
            stats[ext]['valid'] += 1

print("=== 雕刻文件验证 ===\n")
print(f"{'类型':<10} {'总数':<8} {'有效':<8} {'无效':<10} {'总大小':<15}")
print("-" * 55)
for ext in sorted(stats.keys()):
    s = stats[ext]
    size_mb = s['size'] / (1024*1024)
    print(f"{ext:<10} {s['total']:<8} {s['valid']:<8} {s['invalid']:<10} {size_mb:>10.1f} MB")

# 删除零字节文件
for subdir in os.listdir(carved_dir):
    subdir_path = os.path.join(carved_dir, subdir)
    if os.path.isdir(subdir_path):
        for filename in os.listdir(subdir_path):
            filepath = os.path.join(subdir_path, filename)
            if os.path.isfile(filepath) and os.path.getsize(filepath) == 0:
                os.remove(filepath)
PYEOF

# 对所有有效雕刻文件计算哈希
find /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/ -type f ! -name "audit.txt" \
   -exec sha256sum {} \; > /cases/case-2024-001/carved/carved_file_hashes.txt

# 与已知恶意哈希数据库比对
# 与 NSRL 已知良性数据库比对以过滤

步骤 5：检查并归档证据文件

# 从雕刻图像中提取元数据（EXIF 数据，包括 GPS）
exiftool -r -csv /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/jpg/ \
   > /cases/case-2024-001/analysis/carved_image_metadata.csv

# 在雕刻文档中搜索关键字
find /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/pdf/ -name "*.pdf" -exec pdftotext {} - \; 2>/dev/null | \
   grep -iE '(confidential|secret|password|account|ssn|credit.card)' \
   > /cases/case-2024-001/analysis/keyword_hits_pdf.txt

# 生成图像缩略图以便快速审查
mkdir -p /cases/case-2024-001/carved/thumbnails/
find /cases/case-2024-001/carved/foremost_all/jpg/ -name "*.jpg" -exec \
   convert {} -thumbnail 200x200 /cases/case-2024-001/carved/thumbnails/{} \; 2>/dev/null

# 创建证据目录
python3 << 'PYEOF'
import os, hashlib, csv, subprocess

catalog = []
carved_dir = '/cases/case-2024-001/carved/foremost_all/'

for subdir in sorted(os.listdir(carved_dir)):
    subdir_path = os.path.join(carved_dir, subdir)
    if not os.path.isdir(subdir_path):
        continue
    for filename in sorted(os.listdir(subdir_path)):
        filepath = os.path.join(subdir_path, filename)
        if not os.path.isfile(filepath):
            continue
        size = os.path.getsize(filepath)
        sha256 = hashlib.sha256(open(filepath, 'rb').read()).hexdigest()
        file_type = subprocess.run(['file', '--brief', filepath], capture_output=True, text=True).stdout.strip()

        catalog.append({
            'filename': filename,
            'type': subdir,
            'size': size,
            'sha256': sha256,
            'file_description': file_type[:100]
        })

with open('/cases/case-2024-001/analysis/carved_file_catalog.csv', 'w', newline='') as f:
    writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=['filename', 'type', 'size', 'sha256', 'file_description'])
    writer.writeheader()
    writer.writerows(catalog)

print(f"已创建包含 {len(catalog)} 个文件的证据目录")
PYEOF

关键概念

概念	描述
文件雕刻（File carving）	通过在原始数据中搜索已知的文件头/文件尾字节序列来恢复文件
文件签名（File signature）	标识文件类型的开头（文件头）或结尾（文件尾）的唯一字节模式
未分配空间（Unallocated space）	未分配给任何文件的磁盘扇区；雕刻的主要目标
文件碎片化（Fragmentation）	文件数据存储于非连续扇区时，使雕刻更加复杂
文件头文件尾雕刻	提取已知文件起始和结束签名之间的数据
误报（False positives）	雕刻数据匹配文件签名但内容损坏或无关
松弛空间（Slack space）	文件最后分配簇末尾的未使用字节
扇区对齐	文件通常从扇区边界开始，提高雕刻精度

工具与系统

工具	用途
Foremost	最初为美国空军 OSI 开发的文件头文件尾雕刻工具
Scalpel	支持可配置签名的高性能文件雕刻工具
PhotoRec	支持 300+ 格式的基于签名的文件恢复工具
bulk_extractor	从原始数据中提取特征（邮箱、URL、信用卡号）
blkls	Sleuth Kit 工具，从磁盘镜像中提取未分配空间
mmls	用于识别雕刻目标的分区表显示工具
ExifTool	从雕刻的图像和文档文件中提取元数据
hashdeep	对雕刻文件目录进行递归哈希计算

常见场景

场景 1：恢复已删除的证据文档 针对用 blkls 提取的未分配空间运行 Foremost，目标文件类型为 doc、pdf、xlsx，验证雕刻文档，搜索与案件相关的关键字，归档并哈希所有可恢复文档，作为证据提交。

场景 2：从格式化介质中恢复图像 从格式化 U 盘镜像中雕刻 JPEG、PNG、GIF、BMP，提取包含 GPS 坐标和相机信息的 EXIF 元数据，生成缩略图以便快速视觉审查，识别与证据相关的图像，记录恢复链。

场景 3：从损坏的 PST 文件中恢复电子邮件 使用带有 PST 和 EML 签名的自定义 foremost.conf，从损坏的 Outlook 数据文件中雕刻邮件制品，尝试在查看器中打开雕刻的 PST 片段，提取单独的 EML 邮件，搜索相关通信内容。

场景 4：金融调查的数据库恢复 配置 Foremost 从未分配空间中雕刻 SQLite 数据库，恢复已删除的应用程序数据库，查询恢复的数据库中的财务记录，与已知交易数据交叉比对，记录调查发现以用于起诉。

输出格式

文件雕刻摘要：
  工具：Foremost 1.5.7
  来源：evidence.dd（500 GB）
  目标：未分配空间（234 GB）
  耗时：1 小时 45 分钟

  雕刻文件：
    jpg:    2,345 个文件（1.8 GB）- 有效：2,100 / 无效：245
    png:      234 个文件（456 MB）- 有效：210 / 无效：24
    pdf:      156 个文件（890 MB）- 有效：134 / 无效：22
    doc:       89 个文件（234 MB）- 有效：67 / 无效：22
    xls:       45 个文件（123 MB）- 有效：38 / 无效：7
    zip:       67 个文件（567 MB）- 有效：52 / 无效：15
    exe:       34 个文件（234 MB）- 有效：30 / 无效：4
    sqlite:    12 个文件（89 MB） - 有效：10 / 无效：2

  总文件数：2,982（恢复 3.4 GB）
  与证据相关：标记 45 个文件待审查
  审计日志：/cases/case-2024-001/carved/foremost_all/audit.txt
  文件目录：/cases/case-2024-001/analysis/carved_file_catalog.csv