덮어쓴 하드 드라이브에서 데이터를 복구할 수 없는 이유 [기술 설명]

하드 드라이브에서 삭제된 데이터를 복구하는 것은 일반적으로 가능합니다. 그 이유는 파일을 삭제해도 실제 데이터가 사라지는 것이 아니라, 데이터가 저장된 위치 정보만 제거되기 때문입니다. 이 글에서는 하드 드라이브에 데이터가 저장되는 방식, 파일이 삭제될 때 실제로 일어나는 일, 포맷의 의미, 그리고 한 번 덮어쓴 데이터는 왜 복구가 불가능한지 차근차근 설명합니다.

이 글에서는 데이터가 물리적 수준에서 어떻게 저장되는지 다룹니다. 이는 데이터가 덮어쓰인 후 복원할 수 없는 이유를 이해하는 데 필수적인 내용입니다. 하드 드라이브의 구조, 즉 파일 저장이 어떻게 관리되는지 궁금하다면 '파일 시스템이란 무엇이며, 내 드라이브의 파일 시스템을 확인하는 방법' 관련 글을 참고하세요. 삭제된 파일을 복구하는 방법에 대한 자세한 내용은 글 하단의 자료를 확인하시기 바랍니다.

디지털 정보는 어떻게 저장될까?

디지털 정보는 바이트 단위로 저장됩니다. 각 바이트는 8비트로 구성되며, 각 비트는 0 또는 1의 값을 가집니다. 0과 1이라는 두 개의 기호만 사용하기 때문에 이러한 저장 방식을 2진법(binary numeral system)이라고 부릅니다. 따라서 컴퓨터에 저장되는 모든 데이터는 0과 1의 문자열인 2진 코드로 기록됩니다.

하드 드라이브는 정보를 어떻게 저장할까?

하드 디스크 드라이브(HDD)의 정보는 자기적인 방식으로, 비휘발성으로 저장됩니다. 즉, 저장된 정보를 유지하는 데 전력이 필요하지 않습니다. 모든 자석에는 +극과 -극이 있는데, 이 두 가지 상태가 곧 두 개의 값을 의미하므로 2진 코드를 표현할 수 있습니다. HDD의 저장 단위인 플래터는 강자성 표면을 가지고 있으며, 이 표면은 자기 영역(magnetic domain)이라 불리는 아주 작은 자기 구역들로 나뉩니다. HDD는 자기 영역의 방향성 자화를 통해 데이터를 저장하며, 각 자기 영역은 두 방향 중 하나로 자화되어 0 또는 1의 값을 나타냅니다.

HDD에 데이터를 기록하는 방식은 두 가지로 발전해 왔습니다. 2005년 이전에는 기록층이 디스크 표면과 평행하게(수평으로) 배치되어 좌우 자화 방향으로 2진 코드를 표현했습니다(종방향 기록, longitudinal recording). 2005년경에는 세그먼트를 수직으로, 즉 위아래로 자화해 데이터를 기록하는 수직 기록(perpendicular recording) 방식이 도입되었습니다. 이를 통해 자기 영역을 더 촘촘히 배치할 수 있게 되었고, 결과적으로 더 큰 저장 용량을 구현할 수 있었습니다.

램(RAM)에는 데이터가 어떻게 저장될까?

본질적으로 램에도 데이터는 하드 드라이브와 같은 방식, 즉 2진 코드로 저장됩니다. 가장 큰 차이점은 램의 저장 방식이 휘발성이라는 점입니다. 전원 공급이 끊기면 저장된 정보가 즉시 사라집니다. 램은 집적 회로로 구성되어 있으며, 그 안에는 콘덴서(커패시터)와 트랜지스터가 포함되어 있습니다. 각 콘덴서는 1비트의 데이터를 저장하며, 충전 또는 방전 상태, 즉 1 또는 0으로 2진 코드를 표현합니다.

데이터가 삭제되면 어떤 일이 일어날까?

램 모듈의 구조는 매우 단순합니다. 메모리에서 데이터가 제거되면 실제 정보도 즉시 사라집니다. 또한 전원이 끊기면 콘덴서가 빠르게 방전되면서 모든 정보가 손실됩니다.

HDD의 상황은 완전히 다릅니다. 정보가 두 가지 방식으로 저장되기 때문입니다. 첫째, 데이터는 자기 하드 드라이브에 물리적으로 기록됩니다. 둘째, 저장된 모든 데이터는 파일 시스템에 의해 관리되는데, 파일 시스템은 데이터의 정확한 위치, 즉 특정 파일이 하드 드라이브의 어느 곳에 저장되어 있는지 알려주는 정보 테이블을 생성합니다. 하나의 파일이 하드 드라이브 여러 곳에 분산 저장될 수 있기 때문에 이러한 테이블이 필요합니다. 운영체제는 이 테이블을 활용해 파일을 찾고, 대용량 파일의 조각들을 하나로 조립합니다.

파일이 삭제되면 일반적으로 파일 시스템의 테이블에 기록된 정보만 제거됩니다. 실제 파일 데이터를 일일이 지우는 데는 너무 오랜 시간이 걸리기 때문에, 데이터의 물리적 위치는 그대로 유지됩니다. 그러나 운영체제가 새 파일을 저장하려 할 때는 테이블에서 사용 가능한 공간을 조회합니다. 삭제된 파일의 위치는 '비어 있음'으로 표시되어 있으므로, 운영체제는 기존 데이터 위에 새 데이터를 덮어쓸 수 있으며, 이 순간 해당 정보는 최종적으로 사라집니다.

파일 시스템의 작동 원리와 하드 드라이브 관리 방식에 대한 자세한 내용은 앞서 소개한 파일 시스템 관련 글을 참고하세요.

하드 드라이브를 포맷하면 어떤 일이 일어날까?

대부분의 사용자에게 익숙한 포맷 방식은 고수준 포맷(high-level formatting)으로, 빈 파일 시스템을 새로 구성하는 과정입니다. 하드 드라이브의 물리적 결함을 검사하지 않기 때문에 빠른 포맷(quick formatting)이라고도 불립니다.

일반적으로 포맷을 진행해도 하드 드라이브에 저장된 데이터는 물리적으로 삭제되지 않습니다. 실제로 일어나는 일은 파일 시스템이 처음부터 다시 설정된다는 것입니다. 즉, 하드 드라이브가 재구성되고 파일 위치 정보를 담은 테이블이 초기화됩니다. 파일 시스템과 그 설정이 동일하게 유지되는 한, 이전에 저장된 실제 데이터는 삭제되거나 덮어쓰이지 않으므로 복구가 가능합니다.

데이터가 덮어쓰이면 어떤 일이 일어날까?

데이터가 덮어쓰이면 HDD의 자기 영역이 다시 자화됩니다. 이는 되돌릴 수 없는 물리적 과정으로, 해당 위치에 이전에 저장된 정보를 물리적으로 지워버립니다. 자화 변화의 미세한 잔여 흔적이 남아 이론적으로는 부분 복원이 가능할 수도 있지만, 이를 위해서는 자기력 현미경(MFM)과 같은 특수 장비가 필요하며, 지금까지 이런 방식으로 데이터를 성공적으로 복구했다는 검증된 사례는 없습니다[비밀 정부 연구소에서 무슨 일이 벌어지는지는 아무도 모르지만요]. 결론적으로, 덮어쓴 데이터를 복원할 수 있는 소프트웨어나 공개된 기술적 방법은 현재까지 존재하지 않습니다.

아직 덮어쓰이지 않은 데이터를 복구해야 한다면 다음 자료를 확인해 보세요.

• 손상된 메모리 카드 또는 USB 드라이브에서 데이터 복구하는 방법
• 재포맷한 하드 드라이브를 스캔해 파일을 복구하는 방법
• 꼭 알아야 할 3가지 파일 복구 도구
• 리눅스 시스템에서 삭제된 파일을 복구하는 방법
• 손상된 CD·DVD를 복구하고 데이터를 되찾는 방법
• 디지털 카메라 메모리 카드에서 삭제된 사진을 복구하는 방법
• 고장 난 하드 드라이브에서 데이터를 꺼내는 방법

MakeUseOf Answers에 올라온 다음 질문들의 답변에서도 더 많은 유용한 팁을 찾을 수 있습니다.

• 윈도우에서 삭제된 파일을 어떻게 복구할 수 있나요?
• 윈도우에서 완전 삭제(파쇄)된 데이터를 어떻게 복구할 수 있나요?
• 손상된 USB 드라이브 폴더에서 데이터를 어떻게 복구할 수 있나요?
• 고장 난 microSD 카드에서 데이터를 어떻게 복구할 수 있나요?
• 깨진 CD에서 데이터를 복구하는 것이 가능한가요?
• 오작동하는 USB 외장 하드 드라이브에서 데이터를 어떻게 복구할 수 있나요?

여러분의 데이터 저장과 복구와 관련한 '악몽'은 무엇인가요? 실수로 파일을 삭제해 소중한 자료를 잃어버린 적이 있나요? 경험담을 댓글로 들려주세요.

이미지 출처: Sergej Khakimullin, Carlos Castilla, MilanB, TylzaeL & Luca Cassioli, Colour, Zketch, Anthonycz