Нюбблер: Обход защиты копирования на дискетах.

Введение

Битовый нибблер, или нибблер, — это компьютерная программа, предназначенная для копирования данных с дискеты по одному биту за раз. Она работает на очень низком уровне, напрямую взаимодействуя с аппаратным обеспечением дискового накопителя, чтобы обойти схему защиты от копирования, в которой могут быть сохранены данные на дискете. В большинстве случаев программное обеспечение нибблер всё ещё анализирует данные на уровне байтов, обращаясь к битовому уровню только при работе с метками синхронизации (синхронизациями), нулевыми интервалами и другими заголовками секторов и дорожек. По возможности, нибблеры работают с низкоуровневыми форматами кодирования данных, используемыми дисковой системой, такими как групповое кодирование (GCR – Apple, Commodore), частотная модуляция (FM – Atari) или модифицированная частотная модуляция (MFM – Amiga, Atari, IBM PC).

Обзор

Пиратство программного обеспечения стало вызывать опасения, когда дискеты стали распространенным носителем информации. Простота копирования зависела от системы; Джерри Пурнелл писал в BYTE в 1983 году, что "CP/M не предусматривает защиты от копирования", поэтому его пользователи "не особо беспокоились" об этом, в то время как "пользователи Apple всегда сталкивались с этой проблемой. То же самое касалось тех, кто использовал TRS DOS, и, насколько я понимаю, MS DOS имеет функции защиты от копирования". Схемы защиты от копирования Apple и Commodore 64 были чрезвычайно разнообразными и изобретательными, поскольку большая часть операций чтения и записи дискет контролировалась программным обеспечением (или прошивкой), а не аппаратным обеспечением. Пурнелл не любил защиту от копирования и, за исключением игр, отказывался рецензировать программное обеспечение, которое её использовало. Он не считал её полезной, написав: "На каждую схему защиты от копирования найдется хакер, готовый её обойти. Большинство из них используют так называемые 'ниббл'-копировальные устройства, которые пытаются проанализировать исходный диск и затем сделать копию". К 1980 году для Apple II был представлен первый 'ниббл'-копир Locksmith. Эти копировальные устройства воспроизводили дискеты, защищенные от копирования, целиком дорожками, игнорируя разметку секторов. Это было сложнее, чем кажется, по двум причинам: во-первых, диски Apple не использовали индексное отверстие для обозначения начала дорожки; их дисководы даже не могли его обнаруживать. Дорожки могли начинаться где угодно, но скопированная дорожка должна была иметь этот "сварной шов записи", который всегда приводил к потере или дублированию некоторых битов из-за колебаний скорости, примерно в том же месте (не используемом для полезной нагрузки данных), что и на оригинале, иначе она не работала бы. Во-вторых, Apple использовала специальные байты "самосинхронизации" для обеспечения согласованности между контроллером диска и компьютером относительно того, где заканчивается один байт и начинается следующий на диске. Эти байты записывались как обычные байты данных, за которыми следовала немного более длинная, чем обычно, пауза, которую было сложно надёжно обнаружить при чтении; тем не менее, байты самосинхронизации нужно было уловить примерно правильно, поскольку без их присутствия в нужных местах копия не работала бы, а при их избыточном присутствии дорожка не поместилась бы на целевой диск.

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.

Яблоко II

Локсмит копировал диски Apple II, используя тот факт, что поля синхронизации между секторами почти всегда состояли из длинной строки байтов FF (шестнадцатеричные все биты '1'). Он находил самую длинную строку FF, которая обычно располагалась между последним и первым секторами на каждой дорожке, и начинал запись дорожки посередине этой строки; также он предполагал, что любая длинная строка байтов FF является синхропоследовательностью и вставлял необходимые короткие паузы после записи каждого такого блока в копию. Иронично, но Локсмит не мог скопировать сам себя. Первый Локсмит измерял расстояние между сектором 1 каждой дорожки. Инженеры по защите от копирования быстро разобрались в том, что делает Локсмит, и начали использовать ту же технику для противодействия ему. Локсмит ответил, добавив возможность воспроизводить выравнивание дорожек и предотвратил своё копирование, встроив специальную последовательность нибблов, обнаружение которой останавливало процесс копирования. Генри Робертс (CTO компании Nalpeiron), аспирант факультета компьютерных наук Университета Южной Каролины, провёл реверс-инжиниринг Локсмита, обнаружил эту последовательность и распространил информацию среди примерно 7-8 человек, занимавшихся разработкой защиты от копирования в то время. В течение некоторого времени Локсмит успешно обходил практически все существующие системы защиты от копирования. Следующим шагом стала диссертация Генри Робертса по защите программного обеспечения от копирования, в которой был предложен способ замены синхронизирующего поля Apple, состоящего из FF, на случайные последовательности байтов. Поскольку аспирант часто обсуждал вопросы защиты от копирования с инженером Apple, занимающимся этой проблемой, Apple разработала систему защиты от копирования, использующую эту технику. Генри Робертс затем написал программу, конкурирующую с Локсмитом, – Back It UP. Он разработал несколько способов обхода этой защиты, и в конечном итоге был найден метод прямого чтения самосинхронизирующихся полей, независимо от содержащихся в них нибблов. Эта борьба между инженерами по защите от копирования и теми, кто обходил защиту, продолжалась до тех пор, пока Apple II не устарела и не была заменена IBM PC и его клонами.

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

Частью программного обеспечения для копирования дисков Fast Hack'em был нибблер, использовавшийся для создания копий коммерческого программного обеспечения Commodore 64, защищенного от копирования. При использовании нибблера копирование диска выполнялось на очень низком уровне, побитово, а не с помощью стандартных команд Commodore DOS. Это эффективно нейтрализовало преднамеренные ошибки диска, нестандартную структуру дорожек и другие способы защиты от копирования. Копирование защищенного диска занимало около 60 секунд при копировании непосредственно на другой дисковод или 3 минуты (плюс несколько замен дисков) при использовании одного дисковода. Super Kit/1541 продавала компания Prism Software примерно в 1986 году, он был написан Джо Питером, который также разработал Wrap Speed и некоторые средства защиты VMax. В комплект входили различные копировщики, такие как Normal Copier, Nibbler, File Copier, Super Nibbler, Disk Surgeon и редакторы дисков (Disk Editors). Параметры также были доступны на стороне B (см. список ниже). Два дисковода можно было соединить последовательно, и после программирования компьютер можно было отключить, позволив дисководам выполнять копирование, проверяя наличие диска примерно через 20 секунд. Интересно, что программа могла скопировать саму себя, но не могла скопировать копию, поскольку длина синхронизации оригинала была меньше, чем у копии, и загрузчик проверял эту длину, в результате чего копия имела значительно более длинную синхронизацию. Версия V3 была позже выпущена автором в общественное достояние (PD). NIBtools – это современное (около 2006 года) программное обеспечение с открытым исходным кодом, выполняющее ту же функцию и предназначенное в основном для архивирования данных со старых дискет, которые могут быть защищены авторским правом или повреждены. Вместо чтения побитово можно также считывать множество блоков по 1,25 КБ, а затем собирать их вместе способом, аналогичным секвенированию дробовиком, что необходимо для использования медленных соединений на Commodore 1541. Rapidlok – это схема защиты от копирования, широко используемая многими компаниями, и ни одна ее версия так и не была успешно скопирована. Они использовали значение $00 между секторами, из-за чего копировальные устройства работали нестабильно, поскольку это было недопустимым значением GCR.

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.