Дискілерді бір биттеп көшіру бағдарламалары және қорғаудан қалай құтылуға болады

Кіріспе

Біт-нибблер немесе нибблер – дискеттен деректерді бір-бір битке көшіруге арналған компьютерлік бағдарлама. Ол дискінің аппараттық құралдарымен тікелей байланыса отырып, дискеттегі деректер сақталған кезде қолданылатын көшірмеден қорғау жүйесін жоңғыштау үшін өте төменгі деңгейде жұмыс істейді. Көбінесе нибблер бағдарламалық жасақтамасы деректерді байт деңгейінде талдайды, бірақ синхрондау белгілері (синхрондар), нөлдік кескіндер және басқа секторлар мен жолдардың бас жазбаларымен жұмыс істегенде ғана бит деңгейіне көшеді. Мүмкіндігі болған жағдайда, нибблерлер дискілік жүйеде қолданылатын төменгі деңгейдегі деректерді кодтау форматымен жұмыс істейді, мысалы, топтық кодталған жазу (GCR – Apple, Commodore), жиілік модуляциясы (FM – Atari) немесе өзгертілген жиілік модуляциясы (MFM – Amiga, Atari, IBM PC).

Шолу

Бағдарламалық жасақтаманы пираттық көшіру дискеталар кең таралған кезде алаңдаушылық тудырды. Көшірудің қарапайымдылығы жүйеге байланысты болды; Джерри Пурнелл 1983 жылы BYTE журналында «CP/M көшірмеден қорғауға жарамсыз» деп жазды, сондықтан оның қолданушылары «осыған көп алаңдамады», ал «Apple қолданушылары болса, үнемі қиындыққа тап болды. TRS DOS қолданғандар да солай, және MS DOS-тың көшірмеден қорғау мүмкіндіктері бар екенін түсінемін». Apple және Commodore 64 көшірмеден қорғау схемалары өте әртүрлі және шығармашылық болды, себебі дискетадан мәліметтерді оқу және жазу процесін бағдарламалық қамтамасыз ету (немесе микрокод) бақылап отырды, аппараттық құралдар емес. Пурнелл көшірмеден қорғауды ұнатпады және ойындардан басқа, оны қолданатын бағдарламаларды шолудан бас тартты. Ол оның тиімді екеніне сенбеді, «Кез келген көшірмеден қорғау схемасына қарсы оны бұзуға дайын хакер табылады. Көбінесе, бастапқы дискіні талдап, содан кейін көшірме жасауға тырысатын, «ниббл-көшіргіштер» деп аталатын құрылғылар қолданылады» деп жазды. 1980 жылы Apple II үшін Locksmith атты алғашқы «ниббл» көшіргіші пайда болды. Бұл көшіргіштер көшірмеден қорғалған дискеталарды секторларды қалай белгіленгенін ескермей, бірден толық жол бойынша көшіретін. Бұл күткеннен қиын болды, себебі екі мәселе бар еді: біріншіден, Apple дискілері жолдың басын белгілеу үшін индекс тесігін пайдаланбады; олардың дискілері тіпті индекс тесігін де анықтай алмады. Демек, жол кез келген жерден басталуы мүмкін еді, бірақ көшірілген жолда осы «жазу тігісі» болуы керек, ол жылдамдық өзгеруіне байланысты кейбір биттердің жоғалуына немесе дубликатталуына себеп болар еді, бұл әдетте пайдалы жүктеме деректері үшін пайдаланбайтын орында орналасқан, әйтпесе жұмыс істемейтін еді. Екіншіден, Apple дискінің контроллері мен компьютер арасында байттың қайда аяқталатынын және келесі байттың қайда басталатынын анықтау үшін арнайы «өзін-өзі синхрондау» байттарын қолданды. Бұл байттар қалыпты дерек байттары ретінде жазылып, содан кейін қалыптыдан сәл ұзақ үзіліс жасалды, оны кері оқу кезінде анықтау қиын болды; алайда, өзін-өзі синхрондау байттарын шамамен дұрыс анықтау қажет болды, өйткені олар дұрыс орындарда болмаса, көшірме жұмыс істемейтін еді, ал олар тым көп орындарда болса, жол мақсатты дискіге сыймайтын еді.

Software piracy began to be a concern when floppy disks became the common storage media. The ease of copying depended on the system; Jerry Pournelle wrote in BYTE in 1983 that "CP/M doesn't lend itself to copy protection" so its users "haven't been too worried" about it, while "Apple users, though, have always had the problem. So have those who used TRS DOS, and I understand that MS DOS has copy protection features". Apple and Commodore 64 copy protection schemes were extremely varied and creative because most of the floppy disk reading and writing was controlled by software (or firmware), not by hardware. Pournelle disliked copy protection and, except for games, refused to review software that used it. He did not believe that it was useful, writing "For every copy protection scheme there's a hacker ready to defeat it. Most involve so called nybble copiers, which try to analyze the original disk and then make a copy". By 1980, the first 'nibble' copier, Locksmith, was introduced for the Apple II. These copiers reproduced copy protected floppy disks an entire track at a time, ignoring how the sectors were marked. This was harder to do than it sounds for two reasons: firstly, Apple disks did not use the index hole to mark the start of a track; their drives could not even detect the index hole. Tracks could thus start anywhere, but the copied track had to have this "write splice", which always caused some bits to be lost or duplicated due to speed variations, roughly in the same (unused for payload data) place as the original, or it would not work. Secondly, Apple used special "self sync" bytes to achieve agreement between drive controller and computer about where any byte ended and the next one started on the disk. These bytes were written as normal data bytes followed by a slightly longer than normal pause, which was notoriously unreliable to detect on read back; still, you had to get the self sync bytes roughly right as without them being present in the right places, the copy would not work, and with them present in too many places, the track would not fit on the destination disk.

Apple II

Locksmith Apple II дискілерін секторлар арасындағы синхрондау өрістерінің көбінесе FF байттарының (барлық "1" биттері гексадық форматта) ұзын тізбегінен тұратынын пайдаланып көшірді. Ол FF-тің ең ұзын тізбесін тапты, ол әдетте әрбір жолдың соңғы және бірінші секторлары арасында кездесетін, және жолды сол тізбегінің ортасынан жаза бастады; сондай-ақ, ол FF байттарының кез келген ұзын тізбегін синхрондау тізбегі деп есептеді және көшірмеге жазғаннан кейін қажетті қысқа үзілістерді қосты. Қызығы, Locksmith өзін-өзі көшірмелемеді. Бірінші Locksmith әрбір жолдың 1-ші секторы арасындағы қашықтықты өлшеді. Көшіруден қорғау инженерлері Locksmith-тің не істеп жатқанын тез түсініп, оны жеңу үшін сол әдісті қолдана бастады. Locksmith жолдардың туралануын қайта жасау мүмкіндігін қосты және егер табылса, көшіру процесін тоқтататын арнайы тізбекті енгізу арқылы көшірілуден қорғалды. Генри Робертс (Nalpeiron компаниясының CTO-сы), Оңтүстік Каролина университетінің компьютерлік ғылымдар магистранты, Locksmith-ті кері инженерлікпен зерттеді, тізбекті тауып, сол кезде көшіруден қорғаумен айналысатын 7-8 адамға ақпаратты таратты. Біраз уақыт бойы Locksmith барлық қолданыстағы көшіруден қорғау жүйелерін жеңуді жалғастырды. Келесі жетістік Генри Робертстің бағдарламалық қамтамасты көшіруден қорғау жөніндегі диссертациясынан туды, ол Apple-дің FF синхрондау өрісін байттардың кездейсоқ үлгілерімен алмастырудың жолын ұсынды. Бітіруші студент Apple компаниясының көшіруден қорғау инженерімен жиі әңгімелескендіктен, Apple осы әдісті пайдаланатын көшіруден қорғау жүйесін жасады. Генри Робертс содан кейін Locksmith-ке қарсы бағдарлама жазды – Back It UP. Ол оны жеңу үшін бірнеше әдіс ойлап тапты, және ақырында, олардың құрамында қандай кішкене бөліктер болса да, өздігінен синхрондалатын өрістерді тікелей оқу әдісі табылды. Көшіруден қорғау инженерлері мен көшірушілер арасындағы күрес Apple II ескіргенге дейін, оның орнына IBM PC және оның клондары келгенге дейін жалғасты.

Locksmith copied Apple II disks by taking advantage of the fact that these sync fields between sectors almost always consisted of a long string of FF (hex all '1' bits) bytes. It found the longest string of FFs, which usually occurred between the last and first sectors on each track, and began writing the track in the middle of that; also it assumed that any long string of FF bytes was a sync sequence and introduced the necessary short pauses after writing each of them to the copy. Ironically, Locksmith would not copy itself. The first Locksmith measured the distance between sector 1 of each track. Copy protection engineers quickly figured out what Locksmith was doing and began to use the same technique to defeat it. Locksmith countered by introducing the ability to reproduce track alignment and prevented itself from being copied by embedding a special sequence of nibbles, that if found, would stop the copy process. Henry Roberts (CTO of Nalpeiron), a graduate student in computer science at the University of South Carolina, reverse engineered Locksmith, found the sequence and distributed the information to some of the 7 or 8 people producing copy protection at the time. For some time, Locksmith continued to defeat virtually all of the copy protection systems in existence. The next advance came from Henry Roberts' thesis on software copy protection, which devised a way of replacing Apple’s sync field of FFs with random appearing patterns of bytes. Because the graduate student had frequent copy protection discussions with Apple’s copy protection engineer, Apple developed a copy protection system which made use of this technique. Henry Roberts then wrote a competitive program to Locksmith, Back It UP. He devised several methods for defeating that, and ultimately a method was devised for reading self sync fields directly, regardless of what nibbles they contained. The back and forth struggle between copy protection engineers and nibble copiers continued until the Apple II became obsolete and was replaced by the IBM PC and its clones.

Комодор 64

Fast Hack'em диск көшірме бағдарламалық жасақтамасының бір бөлігі – көшірме қорғалған Commodore 64 коммерциялық бағдарламалық жасақтамасының көшірмелерін жасауға арналған нибблер болды. Нибблерді қолданғанда, дискіні көшіру стандартты Commodore DOS командаларын пайдаланбастан, өте төмен деңгейде, біттеме-біттеме жасалатын. Бұл қасақана жасалған дискілік қателердің, стандартты емес тректердің орналасуының және көшірмелерді болдырмаудың басқа да түрлерінің тиімділігін жойды. Қорғалған дискіні көшіру басқа дискіге тікелей көшіргенде шамамен 60 секунд, ал бір дискіні пайдаланып көшіргенде 3 минут (плюс бірнеше дискіні ауыстыру) уақыт алатын. Super Kit/1541 бағдарламасын 1986 жыл шамасында Prism Software компаниясы сатты. Оны Джо Питер жазған, ол Wrap Speed және VMax көшірмеден қорғауын да жасаған. Ол Normal Copier, Nibbler, File Copier, Super Nibbler, Disk Surgeon және дискіні өңдеу құралдары сияқты көптеген көшіргіштерді қамтыды. B жағында параметрлер де болды (төмендегі тізімді қараңыз). Екі дискіні де тізбектей жалғауға болады және бағдарламаланғаннан кейін компьютерді ажыратып, дискілер дискіні енгізу кілтін тексеру арқылы көшіруді 20 секунд ішінде өздігінен жасауға болады. Қызығы, бағдарлама өзін-өзі көшіре алады, бірақ көшірмені көшіре алмайды, себебі түпнұсқаның синхрондау ұзындығы көшірмеден қысқа болды және жүктеуші осы ұзындықты тексерді, ал көшірмеде синхрондау ұзағырақ болар еді. Кейін V3 нұсқасын автор PD-ге (Public Domain) шығарды. NIBtools – бұл 2006 жыл шамасындағы ашық кодты бағдарламалық қамтамасыз ету, ол негізінен авторлық құқықпен қорғалған немесе зақымдалған ескі дискеттерден деректерді архивтеу үшін жасалған. Биттеме-біттеме оқудың орнына, 1,25 КБ көлеміндегі көптеген бөлімдерді оқып, содан кейін оларды саптамалық тізбектеуге ұқсас әдіспен біріктіруге болады, бұл Commodore 1541 құрылғысында баяу байланыстарды пайдалану үшін қажетті тәсіл. Rapidlok – көптеген компаниялар кеңінен қолданған көшірмеден қорғау схемасы болды және оның ешбір нұсқасы сәтті көшірілген жоқ. Олар секторлар арасында $00 мәнін пайдаланды, бұл көшіргіштердің жұмысын бұзуға себеп болды, өйткені бұл заңсыз GCR мәні еді.

Part of the Fast Hack'em disk copy software was a nibbler used to produce copies of copy protected Commodore 64 commercial software. When using the nibbler, disk copying was done on a very low level, bit by bit rather than using standard Commodore DOS commands. This effectively nullified the efficacy of deliberate disk errors, non standard track layouts, and related forms of copy prevention. Copying a protected disk took approximately 60 seconds if being copied directly to another disk drive, or 3 minutes (plus several disk swaps) if performed using a single disk drive. Super Kit/1541 was sold by Prism Software around 1986 written by Joe Peter who also did Wrap Speed and some of the VMax copy protection. It included many different copiers like a Normal Copier, Nibbler, File Copier, Super Nibbler, Disk Surgeon, and disk Editors. There was also parameters on Side B (see the list below). 2 Drives could also be daisy chained and once programmed the computer itself could be disconnected and let the drives do the copying by checking the disk insertion key in around 20 seconds. Interesting fact is that the program could make a copy of itself, BUT could not make a copy of the copy because the sync length of the original was shorter than the copy made and the loader checked for this length and the copy would have a much longer sync. V3 was later released to PD by the author. NIBtools is a modern (circa 2006) open source software that performs the same function, intended mainly for archiving data from old floppies that may be copyright protected or damaged. Instead of reading bit by bit, one can also read many 1.25 KB stretches and then assemble them together in a way akin to shotgun sequencing, an approach necessary for using slow connections on the Commodore 1541. Rapidlok was a copy protection scheme used widely by many companies and no version of it was successfully copied ever. They used a $00 value in between sectors which caused copiers to become "flaky" as it was an illegal GCR value.