日常工作中数据的存储、数据处理、数据导入导出等，都需要保证数据信息安全。而数据信息的安全与硬盘的结构及存储是紧密相关的，因而研究硬盘的原理与数据安全，有重要的应用意义。基于此，本文概述了硬盘数据存储及数据恢复的基本原理，并提出了保障硬盘与数据安全的相关措施。本文的研究，对日常应用中硬盘及其数据的安全保障工作，有重要的指导意义。
1 硬盘的结构与数据存储
1.1 硬盘的物理结构
硬盘是一个密封的腔体结构，内部要保证绝清洁，硬盘内部有多个盘片，所有盘片都平行的固定在一个中心旋转轴上，盘片与磁头物理接触，当有数据存取时，盘片高速旋转运动，通过磁头控制器来控制磁头在盘片上的伸缩滑动，以实现数据的存储和读取。
1.2 硬盘的数据存取
硬盘在存取数据的时候，其内部盘片是高速转动的，盘片转动过程中，磁头相对于盘片进行沿半径方向滑动操作，以实现对盘片上指定位置的灵气据进行读写操作。数据读写过程如下。
1)当执行写数据的操作时，磁头通电，所带的电流会形成电磁场，磁场效应会使与磁头接触点的盘片表面磁性物质发生改变，这就相当于记录了一个标记，而这些标记就是二进制位的特征信息。
2)硬盘数据的读取过程，就是将存储在硬盘盘片中的二制数据信息取出并还原为原始数据文件的过程，磁头在盘片表面滑动，其磁场会使磁头产生感应电流进而引起电路的改变，再通过电路控制器，就可以生成数字信号，经CPU的运算处理后就可以还原成电脑能识别的数据。
2 硬盘数据的写入及删除
当我们在硬盘中写入数据时，需要执行新建、复制、另存等操作，而这些操作指令传给操作系统后，会在硬盘中分以下几个步骤来执行写入数据的过程。
1)在文件分配表内写上要写入的数据名称和大小。
2)根据数据区的空闲空间在文件分配表上写入此数据区的起始位置。
3)开始向数据区写入数据信息的真实内容，在硬盘上形成二进制的信息码。
完成了以上的三步操作，一个文件在硬盘中的存放操作才算完毕。
数据的删除操作相对简单，只需向操作系统发出一个简单的删除文件指令即可完成删除，操作系统接收到删除指令后，会在要删除文件的文件分配表中加一个删除标记，同时释放此文件在数据区中所占据的存储空间。删除标记只被操作系统识别，用来告诉操作系统此文件已经不存在了。
删除数据的另一种方式就是格式化操作，格式化和删除操作在本质上是相同的，都只是对要删除的对象加上了一个操作系统可以识别的标记，而真正存储这个对象的数据区中的二进制代码并没有清空，就好像在数据库中给某一条数据记录加上了一个标记，有了这个标记以后，对用户而言将无法通过查询指令查出这条记录，但这条记录本身仍然存在，只要恢复这个标记，就能找回这条数据。文件删除也是这个道理，只要找回这些删除数据的原始标记，就可以实现文件的恢复。
3 数据恢复的原理及常用工具
3.1 数据恢复的原理
“数据恢复”技术，就是将因为误操作、硬件故障、病毒侵袭而引发的丢失或损坏的数据，从用户原来的存储设备中出来，以还原原来的数据信息内容。
当用户执行文件删除的操作就是向操作系统发送一个删除文件的指令，操作系统在执行此删除指令时，首先将该文件在目录区中的第一个字符改成“E5”，接着将文件分配表中此文件所占用的各簇表项初始化为“0”，而该文件真正的数据信息则存储在数据区中，并没有改变。删除指令并不对硬盘中数据存储区的内容进行操作。
通过软件恢复的方式就是将此文件的删除标记清空，那么系统就可以重新读取此文件的数据区，实现了数据的恢复了。但这一前提就是，此文件的数据区不能被其它的新的数据所覆盖，如果标记为已删除文件的数据区被覆盖了，通过软件的方式是无法实现恢复的。
3.2 常用的数据恢复软件
对于普通用户而言，如果如生了文件的丢失，可以通过一些数据恢复的软件来实现对一些基本数据的恢复，当前有很多这种软件，常用的数据恢复工具有FinalData Premium、EasyRecovery、DataExplore数据恢复大师、 WinHex：WinHex以及Recuva恢复工具、Recover My Files、AntlerTek Data Recovery、Smart FAT Recovery等。
4 保护国家机关敏感数据安全措施
4.1 数据安全重要性及其问题
随着电脑的普及，几乎所以企业、机构以及每个用户都会有一些重要数据储存在电脑里。其中可能有数码照片、工程图纸、技术资料、和一些来之不易的信息。而在一般情况下，这些数据往往没有其他的备份，由此就涉及到一个不能回避的问题，那就是数据的安全性问题。
U盘、移动硬盘、刻录光盘作为存储数据的重要手段，应用越来越广泛，同样也存在着越来越多的安全隐患。就U盘而言，它是一种非易失性存储器，理论上讲它可以重复读写上百万次，而且没有机械结构，安全性很高。但它的缺点是在插拔过于频繁，容易造成机械性损伤，尤其当里面存储了涉及个人隐私或商业秘密的资料时，它的危险性更高，同时，U盘也是病毒寄生的重要载体，很多病毒都是通过U盘来进行传输的。移动硬盘与U盘相比，只是存储量大大提高，在安全性上并没有根本改观，也是很容易出问题的。刻录光盘是一种廉价、使用广泛的存储介质。它有独特的优势，即结构简单，不存在电子配件固有的薄弱环节。但它也有其不足之处，由于是以有机染料作为存储单元，它容易老化，对温度、湿度、光照也比较敏感，另外变形、刮蹭都可能造成数据无法读出。
以上所有这些存储介质，由于其自身的客观原因，很容易带来数据的安全性问题，这就需要除了在基于硬件的基础来加强存储介质的安全性外，也要强化保护数据安全的措施。
4.2 保护数据安全措施
鉴于以上因素，采取单一的个人电脑数据安全防护方法显然不能保证数据的绝对安全。为了避免出现不必要的损失，用户可以从以下几点来选择适合自己的个人电脑数据安全策略。
加强人员管理：作为使用硬盘的用户来说，自身应多掌握计算机应用知识，培养数据安全意识，严格按照操作规程使用、保存和传递硬盘数据，养成良好的使用习惯。不编写或传播病毒，不蓄意入侵他人计算机，不窃取或删除他人硬盘数据等;
用制度保障安全：建立完善的数据安全规章制度和安全操作规范，从制度上加强安全管理和安全防护。
构建物理安全平台：存放和使用硬盘的建筑在设计施工时要符合相关规范，防火、防盗、防雷与防震等设施缺一不可;计算机物理设备要配备必要的监控手段，事故报警系统以及专门的人员管理和值守等。
强化技术安全：首先要对重要数据进行合理的数据备份，其次，做好系统镜像，使重要的数据时刻保有复本和拷贝，再次，要加强数据信息的归档处理，将有价值的文件经系统整理后复制到磁带或光学介质上长期保存。
5)科学分析故障前预兆。对要系统运行中的硬盘的老化、数据出错、异常问题进行分析，做好科学的预案和准备，随时应对任何可能突发的问题。
5 小结
硬盘数据安全是关系到国家安全、企业发展的重要领域，要充分认识数据安全的重要性，一方向要深入学习硬盘数据的存储原理及机制，从技术层面上认知硬盘数据处理流程，另一方面，要养成维护数据安全的良好习惯，做好必要的安全防范工作。只有认识到位了、制度保障了、措施得力了、实施有效了，才能从各方面综合来保障我们的数据
作者：莫劲柏 来源：科技与生活 2012年1期
