Merge branch 'jh/close-index-before-stat'
[git] / Documentation / howto / recover-corrupted-object-harder.txt
1 Date: Wed, 16 Oct 2013 04:34:01 -0400
2 From: Jeff King <peff@peff.net>
3 Subject: pack corruption post-mortem
4 Abstract: Recovering a corrupted object when no good copy is available.
5 Content-type: text/asciidoc
6
7 How to recover an object from scratch
8 =====================================
9
10 I was recently presented with a repository with a corrupted packfile,
11 and was asked if the data was recoverable. This post-mortem describes
12 the steps I took to investigate and fix the problem. I thought others
13 might find the process interesting, and it might help somebody in the
14 same situation.
15
16 ********************************
17 Note: In this case, no good copy of the repository was available. For
18 the much easier case where you can get the corrupted object from
19 elsewhere, see link:recover-corrupted-blob-object.html[this howto].
20 ********************************
21
22 I started with an fsck, which found a problem with exactly one object
23 (I've used $pack and $obj below to keep the output readable, and also
24 because I'll refer to them later):
25
26 -----------
27     $ git fsck
28     error: $pack SHA1 checksum mismatch
29     error: index CRC mismatch for object $obj from $pack at offset 51653873
30     error: inflate: data stream error (incorrect data check)
31     error: cannot unpack $obj from $pack at offset 51653873
32 -----------
33
34 The pack checksum failing means a byte is munged somewhere, and it is
35 presumably in the object mentioned (since both the index checksum and
36 zlib were failing).
37
38 Reading the zlib source code, I found that "incorrect data check" means
39 that the adler-32 checksum at the end of the zlib data did not match the
40 inflated data. So stepping the data through zlib would not help, as it
41 did not fail until the very end, when we realize the CRC does not match.
42 The problematic bytes could be anywhere in the object data.
43
44 The first thing I did was pull the broken data out of the packfile. I
45 needed to know how big the object was, which I found out with:
46
47 ------------
48     $ git show-index <$idx | cut -d' ' -f1 | sort -n | grep -A1 51653873
49     51653873
50     51664736
51 ------------
52
53 Show-index gives us the list of objects and their offsets. We throw away
54 everything but the offsets, and then sort them so that our interesting
55 offset (which we got from the fsck output above) is followed immediately
56 by the offset of the next object. Now we know that the object data is
57 10863 bytes long, and we can grab it with:
58
59 ------------
60   dd if=$pack of=object bs=1 skip=51653873 count=10863
61 ------------
62
63 I inspected a hexdump of the data, looking for any obvious bogosity
64 (e.g., a 4K run of zeroes would be a good sign of filesystem
65 corruption). But everything looked pretty reasonable.
66
67 Note that the "object" file isn't fit for feeding straight to zlib; it
68 has the git packed object header, which is variable-length. We want to
69 strip that off so we can start playing with the zlib data directly. You
70 can either work your way through it manually (the format is described in
71 link:../technical/pack-format.html[Documentation/technical/pack-format.txt]),
72 or you can walk through it in a debugger. I did the latter, creating a
73 valid pack like:
74
75 ------------
76     # pack magic and version
77     printf 'PACK\0\0\0\2' >tmp.pack
78     # pack has one object
79     printf '\0\0\0\1' >>tmp.pack
80     # now add our object data
81     cat object >>tmp.pack
82     # and then append the pack trailer
83     /path/to/git.git/test-sha1 -b <tmp.pack >trailer
84     cat trailer >>tmp.pack
85 ------------
86
87 and then running "git index-pack tmp.pack" in the debugger (stop at
88 unpack_raw_entry). Doing this, I found that there were 3 bytes of header
89 (and the header itself had a sane type and size). So I stripped those
90 off with:
91
92 ------------
93     dd if=object of=zlib bs=1 skip=3
94 ------------
95
96 I ran the result through zlib's inflate using a custom C program. And
97 while it did report the error, I did get the right number of output
98 bytes (i.e., it matched git's size header that we decoded above). But
99 feeding the result back to "git hash-object" didn't produce the same
100 sha1. So there were some wrong bytes, but I didn't know which. The file
101 happened to be C source code, so I hoped I could notice something
102 obviously wrong with it, but I didn't. I even got it to compile!
103
104 I also tried comparing it to other versions of the same path in the
105 repository, hoping that there would be some part of the diff that didn't
106 make sense. Unfortunately, this happened to be the only revision of this
107 particular file in the repository, so I had nothing to compare against.
108
109 So I took a different approach. Working under the guess that the
110 corruption was limited to a single byte, I wrote a program to munge each
111 byte individually, and try inflating the result. Since the object was
112 only 10K compressed, that worked out to about 2.5M attempts, which took
113 a few minutes.
114
115 The program I used is here:
116
117 ----------------------------------------------
118 #include <stdio.h>
119 #include <unistd.h>
120 #include <string.h>
121 #include <signal.h>
122 #include <zlib.h>
123
124 static int try_zlib(unsigned char *buf, int len)
125 {
126         /* make this absurdly large so we don't have to loop */
127         static unsigned char out[1024*1024];
128         z_stream z;
129         int ret;
130
131         memset(&z, 0, sizeof(z));
132         inflateInit(&z);
133
134         z.next_in = buf;
135         z.avail_in = len;
136         z.next_out = out;
137         z.avail_out = sizeof(out);
138
139         ret = inflate(&z, 0);
140         inflateEnd(&z);
141         return ret >= 0;
142 }
143
144 /* eye candy */
145 static int counter = 0;
146 static void progress(int sig)
147 {
148         fprintf(stderr, "\r%d", counter);
149         alarm(1);
150 }
151
152 int main(void)
153 {
154         /* oversized so we can read the whole buffer in */
155         unsigned char buf[1024*1024];
156         int len;
157         unsigned i, j;
158
159         signal(SIGALRM, progress);
160         alarm(1);
161
162         len = read(0, buf, sizeof(buf));
163         for (i = 0; i < len; i++) {
164                 unsigned char c = buf[i];
165                 for (j = 0; j <= 0xff; j++) {
166                         buf[i] = j;
167
168                         counter++;
169                         if (try_zlib(buf, len))
170                                 printf("i=%d, j=%x\n", i, j);
171                 }
172                 buf[i] = c;
173         }
174
175         alarm(0);
176         fprintf(stderr, "\n");
177         return 0;
178 }
179 ----------------------------------------------
180
181 I compiled and ran with:
182
183 -------
184   gcc -Wall -Werror -O3 munge.c -o munge -lz
185   ./munge <zlib
186 -------
187
188
189 There were a few false positives early on (if you write "no data" in the
190 zlib header, zlib thinks it's just fine :) ). But I got a hit about
191 halfway through:
192
193 -------
194   i=5642, j=c7
195 -------
196
197 I let it run to completion, and got a few more hits at the end (where it
198 was munging the CRC to match our broken data). So there was a good
199 chance this middle hit was the source of the problem.
200
201 I confirmed by tweaking the byte in a hex editor, zlib inflating the
202 result (no errors!), and then piping the output into "git hash-object",
203 which reported the sha1 of the broken object. Success!
204
205 I fixed the packfile itself with:
206
207 -------
208   chmod +w $pack
209   printf '\xc7' | dd of=$pack bs=1 seek=51659518 conv=notrunc
210   chmod -w $pack
211 -------
212
213 The `\xc7` comes from the replacement byte our "munge" program found.
214 The offset 51659518 is derived by taking the original object offset
215 (51653873), adding the replacement offset found by "munge" (5642), and
216 then adding back in the 3 bytes of git header we stripped.
217
218 After that, "git fsck" ran clean.
219
220 As for the corruption itself, I was lucky that it was indeed a single
221 byte. In fact, it turned out to be a single bit. The byte 0xc7 was
222 corrupted to 0xc5. So presumably it was caused by faulty hardware, or a
223 cosmic ray.
224
225 And the aborted attempt to look at the inflated output to see what was
226 wrong? I could have looked forever and never found it. Here's the diff
227 between what the corrupted data inflates to, versus the real data:
228
229 --------------
230   -       cp = strtok (arg, "+");
231   +       cp = strtok (arg, ".");
232 --------------
233
234 It tweaked one byte and still ended up as valid, readable C that just
235 happened to do something totally different! One takeaway is that on a
236 less unlucky day, looking at the zlib output might have actually been
237 helpful, as most random changes would actually break the C code.
238
239 But more importantly, git's hashing and checksumming noticed a problem
240 that easily could have gone undetected in another system. The result
241 still compiled, but would have caused an interesting bug (that would
242 have been blamed on some random commit).
243
244
245 The adventure continues...
246 --------------------------
247
248 I ended up doing this again! Same entity, new hardware. The assumption
249 at this point is that the old disk corrupted the packfile, and then the
250 corruption was migrated to the new hardware (because it was done by
251 rsync or similar, and no fsck was done at the time of migration).
252
253 This time, the affected blob was over 20 megabytes, which was far too
254 large to do a brute-force on. I followed the instructions above to
255 create the `zlib` file. I then used the `inflate` program below to pull
256 the corrupted data from that. Examining that output gave me a hint about
257 where in the file the corruption was. But now I was working with the
258 file itself, not the zlib contents. So knowing the sha1 of the object
259 and the approximate area of the corruption, I used the `sha1-munge`
260 program below to brute-force the correct byte.
261
262 Here's the inflate program (it's essentially `gunzip` but without the
263 `.gz` header processing):
264
265 --------------------------
266 #include <stdio.h>
267 #include <string.h>
268 #include <zlib.h>
269 #include <stdlib.h>
270
271 int main(int argc, char **argv)
272 {
273         /*
274          * oversized so we can read the whole buffer in;
275          * this could actually be switched to streaming
276          * to avoid any memory limitations
277          */
278         static unsigned char buf[25 * 1024 * 1024];
279         static unsigned char out[25 * 1024 * 1024];
280         int len;
281         z_stream z;
282         int ret;
283
284         len = read(0, buf, sizeof(buf));
285         memset(&z, 0, sizeof(z));
286         inflateInit(&z);
287
288         z.next_in = buf;
289         z.avail_in = len;
290         z.next_out = out;
291         z.avail_out = sizeof(out);
292
293         ret = inflate(&z, 0);
294         if (ret != Z_OK && ret != Z_STREAM_END)
295                 fprintf(stderr, "initial inflate failed (%d)\n", ret);
296
297         fprintf(stderr, "outputting %lu bytes", z.total_out);
298         fwrite(out, 1, z.total_out, stdout);
299         return 0;
300 }
301 --------------------------
302
303 And here is the `sha1-munge` program:
304
305 --------------------------
306 #include <stdio.h>
307 #include <unistd.h>
308 #include <string.h>
309 #include <signal.h>
310 #include <openssl/sha.h>
311 #include <stdlib.h>
312
313 /* eye candy */
314 static int counter = 0;
315 static void progress(int sig)
316 {
317         fprintf(stderr, "\r%d", counter);
318         alarm(1);
319 }
320
321 static const signed char hexval_table[256] = {
322          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 00-07 */
323          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 08-0f */
324          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 10-17 */
325          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 18-1f */
326          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 20-27 */
327          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 28-2f */
328           0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,                /* 30-37 */
329           8,  9, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 38-3f */
330          -1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, -1,                /* 40-47 */
331          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 48-4f */
332          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 50-57 */
333          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 58-5f */
334          -1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, -1,                /* 60-67 */
335          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 68-67 */
336          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 70-77 */
337          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 78-7f */
338          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 80-87 */
339          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 88-8f */
340          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 90-97 */
341          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* 98-9f */
342          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* a0-a7 */
343          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* a8-af */
344          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* b0-b7 */
345          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* b8-bf */
346          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* c0-c7 */
347          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* c8-cf */
348          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* d0-d7 */
349          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* d8-df */
350          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* e0-e7 */
351          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* e8-ef */
352          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* f0-f7 */
353          -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,                /* f8-ff */
354 };
355
356 static inline unsigned int hexval(unsigned char c)
357 {
358 return hexval_table[c];
359 }
360
361 static int get_sha1_hex(const char *hex, unsigned char *sha1)
362 {
363         int i;
364         for (i = 0; i < 20; i++) {
365                 unsigned int val;
366                 /*
367                  * hex[1]=='\0' is caught when val is checked below,
368                  * but if hex[0] is NUL we have to avoid reading
369                  * past the end of the string:
370                  */
371                 if (!hex[0])
372                         return -1;
373                 val = (hexval(hex[0]) << 4) | hexval(hex[1]);
374                 if (val & ~0xff)
375                         return -1;
376                 *sha1++ = val;
377                 hex += 2;
378         }
379         return 0;
380 }
381
382 int main(int argc, char **argv)
383 {
384         /* oversized so we can read the whole buffer in */
385         static unsigned char buf[25 * 1024 * 1024];
386         char header[32];
387         int header_len;
388         unsigned char have[20], want[20];
389         int start, len;
390         SHA_CTX orig;
391         unsigned i, j;
392
393         if (!argv[1] || get_sha1_hex(argv[1], want)) {
394                 fprintf(stderr, "usage: sha1-munge <sha1> [start] <file.in\n");
395                 return 1;
396         }
397
398         if (argv[2])
399                 start = atoi(argv[2]);
400         else
401                 start = 0;
402
403         len = read(0, buf, sizeof(buf));
404         header_len = sprintf(header, "blob %d", len) + 1;
405         fprintf(stderr, "using header: %s\n", header);
406
407         /*
408          * We keep a running sha1 so that if you are munging
409          * near the end of the file, we do not have to re-sha1
410          * the unchanged earlier bytes
411          */
412         SHA1_Init(&orig);
413         SHA1_Update(&orig, header, header_len);
414         if (start)
415                 SHA1_Update(&orig, buf, start);
416
417         signal(SIGALRM, progress);
418         alarm(1);
419
420         for (i = start; i < len; i++) {
421                 unsigned char c;
422                 SHA_CTX x;
423
424 #if 0
425                 /*
426                  * deletion -- this would not actually work in practice,
427                  * I think, because we've already committed to a
428                  * particular size in the header. Ditto for addition
429                  * below. In those cases, you'd have to do the whole
430                  * sha1 from scratch, or possibly keep three running
431                  * "orig" sha1 computations going.
432                  */
433                 memcpy(&x, &orig, sizeof(x));
434                 SHA1_Update(&x, buf + i + 1, len - i - 1);
435                 SHA1_Final(have, &x);
436                 if (!memcmp(have, want, 20))
437                         printf("i=%d, deletion\n", i);
438 #endif
439
440                 /*
441                  * replacement -- note that this tries each of the 256
442                  * possible bytes. If you suspect a single-bit flip,
443                  * it would be much shorter to just try the 8
444                  * bit-flipped variants.
445                  */
446                 c = buf[i];
447                 for (j = 0; j <= 0xff; j++) {
448                         buf[i] = j;
449
450                         memcpy(&x, &orig, sizeof(x));
451                         SHA1_Update(&x, buf + i, len - i);
452                         SHA1_Final(have, &x);
453                         if (!memcmp(have, want, 20))
454                                 printf("i=%d, j=%02x\n", i, j);
455                 }
456                 buf[i] = c;
457
458 #if 0
459                 /* addition */
460                 for (j = 0; j <= 0xff; j++) {
461                         unsigned char extra = j;
462                         memcpy(&x, &orig, sizeof(x));
463                         SHA1_Update(&x, &extra, 1);
464                         SHA1_Update(&x, buf + i, len - i);
465                         SHA1_Final(have, &x);
466                         if (!memcmp(have, want, 20))
467                                 printf("i=%d, addition=%02x", i, j);
468                 }
469 #endif
470
471                 SHA1_Update(&orig, buf + i, 1);
472                 counter++;
473         }
474
475         alarm(0);
476         fprintf(stderr, "\r%d\n", counter);
477         return 0;
478 }
479 --------------------------