Gravar dados por cima dos dados de um arquivo não é "seguro" - e o motivo é que depende da camada de filesystem (F.S.) do sistema operacional decidir o que fazer quando você abre um arquivo para escrita - e se você for ver, nenhum deles, por vários motivos, vai gravar os dados na mesma posição física do disco em que os dados anteriores estavam.
A ideia de que ao abrir um arquivo para leitura e escrita, você pode modificar um único byte do arquivo, fechar, e ler de novo e ter todos os dados originais com aquele 1 byte diferente, é conveniente para programas em alto nível, mas é só uma abstração do sistema operacional.
Na prática, por conta de como o acesso a dados em disco evoluiu históricamente, o sistema só consegue escrever blocos de, no mínimo, 512 bytes - mas mais provavelmente 4Kbytes (4096) de uma vez - o que é feito quando você modifica um único byte é:
- as camadas mais baixo nível do S.O. leem 4KB do disco (mesmo que o arquivo seja menor, qualquer sujeira que esteja no disco depois do arqiuvo é lida pra memória)
- a camada de mais alto nível do S.O. alterar o byte desejado, dentro desse bloco
- os 4KB são colocados de volta no disco, mas não na mesma posição
- se tudo correu bem até aqui, a camada de F.S. do sistema operacional altera os metadados do arquivo para lerem os 4KB da nova posição, não da antiga. (principalmente em F.S. modernos que tem um mencanismo de journaling - que permite justamente que a versão antiga do arquivo seja lida, se acontecer qualquer falha antes do final do processo todo).
Qualquer ferramenta que tenha acesso aos dados brutos na partição de disco pode então acessar os dados de arquivos "sobre-escritos". Pode dar um bom trabalho reconstruir esses arquivos a partir dos pedaços achados - e muitas partes podem sim estar fisicamente sobre-escritas, pelo próprio processo de re-escrever os arquivos, mas é mais ao "acaso" do que destruição deliberada.
Se você eestiver num sistema operacional Linux, os dados brutos da partição são acessíveis simplesmente se abrindo os dispositivos especiais em /dev/
como se forem arquivos normais. (Nesse caso, ler e escrever nesses arquivos de dispositivo, sim, faz os bytes serem lidos e escritos nas mesmas posições físicas do disco - justamente por que o código de filesystem usado pelo kernel para acessar os dispositivos físicos como arquivos faz isso)
Então, se você tiver alguma bibliotca especial, que consiga entender as estrutura de dados do filesystem particular que você pretende alterar, é possível, com acsso ao dispositivo "bruto" (raw), sobre-escrever os bytes exatos, de forma irreversível, dos arquivos, como vocẽ deseja.
O trabalho pra fazer isso de forma correta é pelo menos uma ordem de grandeza mais complexo do que só usar a camada de usuário de abrir e gravar arquvos, como você quer fazer. (alguns filesystems são tão complexos, que dezenas dos melhores devs do mundo levaram mais de 10 anos para acessar seus dados diretamente de forma correta numa implementação paralela - veja o histórico dos drivers de NTFS no Linux, por exemplo, ou o ZFS). Mas se for uma FAT, ou FAT 32 - ainda usado em alguns drives USB, é mais ou menos tranquilo refazer o acesso, e pode ser um projeto bem divertido. (Mas em drives USB, não sei não se a camada de low-level, de firmware do dispositivo, não remapeia os blocos - ou seja, para qualquer acesso em software, sim, os dados estão "sobre-escritos" - mas pode ser que fisicamente ainda estejam lá - em discos SSD, com certeza isso acontece)
Acredito que quanto a sobre-escrever os arquivos recursivamente, as outras respostas aqui já dão conta - então não vou acrescentar ainda um outro exemplo de como fazer.