用示波器恢复软盘里的游戏，这个程序员大神的操作太硬核了

鱼羊 萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

又到了考（bao）验（lu）阅（nian）历（ling）的时候了。

盆友，你可识得此物？

在80年代90年代，可是有不少宝贵的代码数据，都是存储在这样的载体之中的，比如DOS版的仙剑1。

辣么，如果现在有一张存储古早代码的软盘到了你手里，你该如何解开其中的历史秘密？要知道，在今天，你可能连读取软盘的设备都很难找到……

要是再磕了碰了，那就更完蛋了。

最近，vsftpd作者、Google Project Zero创始人Chris Evans大佬就遇到了这样的难题：

在和Phil Pemberton一起恢复存储在软盘中的几个古早游戏代码时，他们发现，部分软盘出现了不同程度的损坏，以致于直接用Greaseweazle这样的设备是无法读取的。

△Greaseweazle F7 Plus

怎么办？大佬决心要搞出一个船新的方案，抢救宝贵历史代码。

设备也简单，就用万能的示波器。

没错，就是那种用来测试电路、显示波形的仪器。

恢复出来的游戏代码竟然还能玩，而且界面显示清晰：

这波操作，看得网友直呼：数据考古不要太酷。

手敲0和1，100%恢复古早代码

软盘通常以模拟信号的方式存储数据。

这里面存储的模拟信号，用的是最原始的FM调制（频率调制）。

也就是说，它所存储的信号0和1，分别会以不同的波形频率表示。

△这代表的是00101100

以下面这段波形为例，单位周期下，在信号为0时，输出的频率是比较慢的；而当信号变成1时，频率就会突然变快。

因此，只需要找到周期规律，就能判断一个周期里，信号代表的是0还是1。

但也不能仅仅看峰值来判断信号是否为1。例如，在这个周期里，就出现了一个“假峰值”，然而人工解读的结果还是0。

因为这个峰值其实是一个噪音，信号的整体趋势仍然是下降的，波形的频率本质上并没有变化。（但信号为1时，波形会呈现一个完整的周期，起始点和终点的值是非常接近的）

有网友给出了简单的判断方法：一个周期过去，如果信号值变化很大，则代表0；如果信号值几乎不变，则代表1。

据Chris Evans介绍，代表0的正弦波信号，是8μs一个周期；而代表1的正弦波信号，则是4μs一个周期。

这种情况下，用Greaseweazle等“现代设备”直接读取数据，会出现一个问题。

如果软盘中的数据，由于各种外部原因（时间久远、使用次数过多）出现了损坏，那么仅凭机器，是无法从这些带有大量噪音的数据中完成解读的。

△就像这样，有一个扇区出现了问题

但人却可以轻易看出这些数据中的“规律”，从而判断信号的状态。

因此，用示波器将软盘中传输的模拟信号展示出来，再由人工进行解读，会是个更好的方法。

于是Evans和Pemberton将示波器直接连上了软盘驱动器的测试点，看看软盘到底都输出了些什么信号。

其中，输入信号会呈现一正一负两个波形，用来消除一部分噪声。

从各种“年代久远”的软盘解读出的信号来看，难怪Greaseweazle这些设备读不出来……（连人也得仔细分辨一会儿）

接下来，就是处理这些神奇的波形了。

为了更好地处理噪音、绘制信号图像，Evans和Pemberton还用上了Audacity来处理模拟信号。

Audacity是一个免费开源的音频分析和编辑工具，能够快速放大和检查波形，还具有多功能低通滤波器，以及直接绘图的功能。

另外，Audacity也支持CSV文件的导入。

Evans和他的小伙伴还利用这样的音频工具搞出了新的衍生玩法……

比如将速度放慢100倍，听一听软盘记录的声音（软盘每转一次时间为0.2秒，该样本为20秒）：

恢复出来的数据，效果还不错。

但上面这些，还只能用于数据比较正常的信号。

对于软盘本身有轻微损坏的信号，想要恢复就变得更困难了。

软盘坏了怎么办？

要是软盘上有划痕，这部分的信号就会变得非常难以辨认。

这是Evans和Pemberton还原的其中一个凹痕的信号，显然中间那部分，信号振幅（图中信号的强度）丢失得非常厉害，还自带噪音。

其中一种方法是，多用几种不同的软盘驱动器试试。

先用MF504C软盘驱动器过滤一下噪音：

好像效果不大。

换上另一个TEAC软盘驱动器后，显示的信号更加给力了，但强度还是很小：

用肉眼分辨的话，难度还是太高了。

鉴于此，Evans和Pemberton又换上了TEC软盘驱动器，效果好多了，峰值也变得清晰可辨。

除此之外，应对这类信号振幅丢失的情况，还有另一种方法：手工绘制修复。

由于峰值缺失得实在太厉害，只能通过人为修复，绘制部分峰值信号，来解决强度过低的问题。

但无论如何，这些信号都可以被修复。

据作者介绍，上面这些办法100%可以恢复软盘中的数据。

除非真的出现了不可抗力。

例如，软盘的一部分被损坏得很彻底

：

这种情况下，软盘数据就彻底没办法恢复了。

所以，家里有“上古宝物”的小伙伴，一定要保护好自己的软盘！

这个项目的作者之一，是最受欢迎的Linux发行版FTP服务器程序vsftpd作者、著名黑客Chris Evans。

他毕业于牛津大学，毕业后进入甲骨文工作，其后又在谷歌工作了9年时间，是Chrome浏览器安全团队和谷歌黑客团队Project Zero的创建者。

据报道，Project Zero团队由谷歌内部顶尖安全工程师组成，使命是找出全球范围内高价值的安全漏洞，并将其彻底消除。

2015年，特斯拉把这位黑客大神揽入麾下，负责领导安全工作。2016年，Evans从特斯拉离职。

Evans还是漏洞赏金平台HackerOne的成立顾问。

现在，据老哥自己说，他处在“半退休”状态。

最后的最后，你是否也对80年代的游戏代码长啥样产生了好奇？

Evans表示，这些恢复出来的源代码已经交给游戏原作者，是否开源就要看原作者的意思了，如果你感兴趣，不妨蹲个后续~

不过，此前量子位还介绍过另一个从21张软盘中被“抢救”出来的红白机游戏，代码已在GitHub上开源：

https://github.com/DickBlackshack/Days-of-Thunder-NES-Unpublished/

参考链接：
[1]https://scarybeastsecurity.blogspot.com/2021/05/recovering-lost-treasure-filled-floppy.html
[2]https://news.ycombinator.com/item?id=27187435

— 完 —

一键三连「分享」、「点赞」和「在看」

科技前沿进展日日相见~