Visual NAND Reconstructor：NAND 控制器与 NAND 数据恢复

天津鸿萌科贸发展有限公司从事数据安全服务二十余年，致力于为各领域客户提供专业的数据恢复、数据备份解决方案与服务，并针对企业面临的数据安全风险，提供专业的相关数据安全培训。

天津鸿萌科贸发展有限公司是专业 NAND 闪存数据恢复工具 VNR (Visual NAND Reconstructor) 的授权代理商。

一、NAND 控制器

01 NAND 控制器的主要功能

NAND 控制器是连接 NAND 闪存芯片和主机的桥梁，负责管理 NAND 闪存芯片的数据读写操作。它扮演着至关重要的角色，确保数据能够高效、可靠地存储和访问。 NAND 控制器并非一个简单的芯片，而是一个复杂的系统，包含许多关键功能模块。

物理层管理: NAND 控制器直接与 NAND 闪存芯片进行交互，处理复杂的物理层协议，例如：

• • 地址译码: 将逻辑地址转换为 NAND 闪存芯片的物理地址。
  • 数据传输: 管理数据在主机和 NAND 闪存芯片之间的传输，包括纠错码 (ECC) 的处理。
  • 擦写管理: NAND 闪存芯片的数据擦写是按块 (block) 进行的，控制器负责管理块的擦写操作，包括坏块管理 (Bad Block Management)。
  • 电源管理: 管理 NAND 闪存芯片的电源，以优化功耗和延长寿命。

逻辑层管理: NAND 控制器将物理层的复杂性抽象出来，为上层提供一个更简单的逻辑接口，例如：

• • 坏块管理: 将坏块屏蔽，保证数据可靠存储。
  • 垃圾回收 (Garbage Collection): NAND 闪存芯片的擦写次数有限，垃圾回收算法会将无效数据清除，释放可用的存储空间。
  • 磨损均衡 (Wear Leveling): 通过均衡各个块的擦写次数，延长 NAND 闪存的寿命。
  • 数据缓存: 使用缓存来提高数据读写速度。

数据可靠性: NAND 闪存芯片容易出现错误，NAND 控制器负责：

• • 纠错码 (ECC): 检测和纠正数据传输和存储过程中的错误。
  • 数据完整性校验: 确保数据的完整性和一致性。

接口管理: NAND 控制器通过各种接口与主机连接，例如：

• • SATA: 串行ATA接口，常见于硬盘和固态硬盘。
  • PCIe: PCI Express接口，常见于高速固态硬盘。
  • eMMC: 嵌入式多媒体卡接口，常见于移动设备。
  • UFS: 通用闪存接口，常见于高端移动设备。

02 NAND 控制器的关键技术

• 纠错码 (ECC): 例如 BCH 码、LDPC 码等，用于检测和纠正数据错误。
• 垃圾回收 (GC): 多种算法，例如基于 Copy-back 的算法和基于 Log 的算法。
• 磨损均衡 (WL): 多种算法，例如随机映射算法和动态规划算法。

二、不同类型的 NAND 控制器

NAND 控制器的功能和性能差异很大，主要取决于目标应用和性能要求。例如，用于高端固态硬盘的控制器通常具有更强大的性能和更复杂的算法，而用于嵌入式系统的控制器则更加注重功耗和成本。

NAND 控制器的复杂性在于处理 NAND 闪存芯片的物理特性和管理其有限的擦写寿命。 不同应用场景对 NAND 控制器的要求各异，因此控制器设计也呈现多样化。

三、NAND 数据恢复工具：VNR （Visual NAND Reconstructor）

NAND 控制器按块将数据读取/记录到 NAND 存储器中。虚拟块记录到闪存芯片的物理块中是非线性的。也就是说，根据转换算法，具有文件系统扇区的逻辑块不连贯地记录在 NAND 的物理空间中，数据被混合记录在芯片内。这也就意味着，与线性 HDD 转换不同，具有 MBR、FAT 表等文件系统结构的扇区有可能被记录在内存芯片的中间或末端。

不同型号的 NAND 控制器各有特点，使 NAND 存储器的数据恢复过程变得不再平凡。因此，芯片分离数字取证和数据恢复的主要目标是确定控制器的工作及其算法参数。

VNR（Visual NAND Reconstructor）可视化 NAND 重建工具套件是专业的 NAND 闪存数据恢复工具套装。该工具可以模拟 NAND 控制器，通过虚拟变换将物理镜像转换为逻辑镜像，从而可以分析用户数据并恢复文件。

VNR Essensital Kit

VNR 工具套装由硬件和软件构成。其中硬件部分包含 NAND 读卡器和一组用于不同 NAND 芯片封装的适配器；软件提供内置的 NAND 芯片和控制器配置数据库，为目前已知的大多数芯片提供了解决方案（详见文章 Visual NAND Reconstructor 闪存数据恢复工具 ），尤其解决了 NAND 文件系统彻底丢失时的碎片文件整合难题（详见文章 VNR File Assembler，解决 NAND 碎片文件恢复难题）。