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如果關掉互聯網,區塊鏈還能生存嗎

區別於互聯網的去中心化網絡,究竟有哪些嘗試?
撰文:潘致雄
區塊鏈技術,特別是以比特幣為首的密碼貨幣,有一個核心特點就是「去中心化」,這可以避免單一節點故障帶來的問題。
不過,基本上現在所有比特幣網絡中的交易信息和賬本數據都是通過「互聯網 Internet」進行傳輸,這就是說,要經過互聯網服務提供商(ISP),也就意味着, ISP 是可以阻止或監控用戶訪問的某些網站和服務。一個類似的例子是,比如在美國,使用點對點下載工具 BitTorrent 下載某些盜版資源,有可能會收到來自 ISP 和版權方的警告信。
已經有些團隊在進行各種嘗試改變這一現狀。比如,比特幣技術開發公司 Blockstream 在嘗試通過衛星將比特幣區塊數據同步至太空,這樣,用戶可以在衛星覆蓋區域使用信號接收器接入比特幣網絡,哪怕自家的網線斷了。此外,「智能合約之父」Nick Szabo 與他的同事 Elaine Ou 早在 2017 年就提出過利用無線電通訊進行比特幣轉賬的方案,後來硬件錢包開發商 CoinKite 的聯合創始人 Rodolfo Novak 和 OpenBazaar 聯合創始人 Sam Patterson 成功使用無線電通訊完成比特幣轉賬。
如果關掉互聯網,區塊鏈還能生存嗎
2019 年 2 月份,Rodolfo Novak 和Sam Patterson 宣布使用無線電通訊完成比特幣轉賬
Rodolfo Novak 還使用無線電通訊完成了比特幣閃電網絡的轉賬——使用無線電傳輸不僅可以避開 ISP 這種中心化的服務,而且還可能比通過光纖或者寬帶傳輸更快,接近光速。
此外,還有有一些項目,在試圖搭建可以獨立於互聯網、在物理環境中實現「點對點網絡」或更高級的「網狀網絡 Mesh」技術,解決一些特定場景下的特定網絡傳輸問題。這類產品在無形中與區塊鏈的「去中心化」理念有所協同,並共同演進。
本文希望介紹其中的三個標誌性項目:Open GardengoTenna 和 Helium,以及蘋果公司在這方面的實際應用。
這是一個值得關注的技術方向。「智能合約之父」Nick Szabo曾經對 Blockstream 的衛星項目評論到:「我希望這將會是一個趨勢:區塊鏈這種全球化的技術終於可以使用真正的無線電廣播傳輸,而不是利用互聯網傳輸,這樣才會繞開互聯網這個瓶頸。」
從某種視角來看,當一個分布式網絡實現了繞開互聯網也能生存,才算真正實現了去中心化。
Open Garden 和 FireChat
Open Garden 項目起始於 2011 年的加州,其業務和產品線的重點發生過多次的調整。Open Garden 試圖通過手機等設備的藍牙和 Wi-Fi,建立物理環境中的點對點網絡。
一個典型的應用案例是,在一個公司的辦公室,當每個人的設備都運行 Open Garden 軟件時,那麼每一台設備都會通過藍牙或 Wi-Fi 的方式互相連接或者中繼連接,即設備 A 通過設備 B 連接至設備 C,所以這也可以稱為「網狀網絡(Mesh network)」。如果接入這個網狀網絡的設備之中,有的設備(比如說手機)無法接入互聯網,而有的設備(比如說 PC)可以接入互聯網,那這個物理網狀網絡就可以把接入互聯網的能力進行共享:手機藍牙通過幾台設備跳轉後連接至 PC,從而獲得了互聯網訪問能力。
這可能會帶來一個問題,用戶不一定有意願共享其互聯網接入的能力。所以 Open Garden 也在今年 4 月正式上線了有區塊鏈特色的代幣激勵機制,共享互聯網接入能力的節點可以賺取由節點定價的「OG」代幣,而使用節點流量數據的設備需要付出對應的「OG」代幣。
目前可以賺取 OG 代幣的節點需要使用 Open Garden 的專用 Wi-Fi 共享設備,售價 30 美元。
有意思的是,代幣 OG 是通過「恆星協議 Stellar」發行的,而且現在也只在恆星的去中心化交易所中可以交易 。OG 還沒有被任何行情網站收錄,對於一個超過 8 年的項目來說,算是相當冷門和低調了。
FireChat 是 Open Garden 發布的專門用來在「無互聯網」狀態下的聊天工具。其底層技術類似於 Open Garden,通過藍牙和 Wi-Fi 建立物理環境中的網狀網絡,用來完成「聊天」這個特殊的功能。
舉個例子,假設某地發生了自然災害,導致所有網絡連接被切斷,這時候是沒法用微信或者任何中心化服務的,雖然還可以使用衛星電話接入網絡,但其成本不是普通用戶可以負擔的。如果這時候每個人都安裝了 FireChat 並運行起來,每個設備都是一個收發數據的節點,每個參與者都可以無形之中增加整個 Mesh 網絡的覆蓋度和健壯性,最終達成無網環境中的聊天。
在 FireChat 官網的介紹中,還提到了一些特定的適用場景,比如說網絡封鎖、人群擁擠的音樂節、人群密集的場所等,都是該應用理想的使用場景。
在 2014 年的一篇媒體報道中提到,由於伊拉克有着大規模的網絡封鎖和監控,伊拉克的用戶開始尋找通訊工具的替代品。由於 FireChat 不需要互聯網連接的特性,獲得了很多的用戶。該文章還提到了當時的 FireChat 的加密和安全措施並不完善,所以可能會有安全隱患。不過現在的 FireChat 已經包含了端到端加密的特性。
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Open Garden 和 FireChat 基本資料,潘致雄整理
goTenna、txTenna 和 Lot49
總部位於紐約的 goTenna 創立於 2012 年,共發布過兩代的消費級產品:goTenna(第一代)和 goTenna Mesh (第二代),同時還有專業化的產品線 goTenna Pro 系列。相比 Open Garden 所採用的藍牙和 Wi-Fi 的解決方案,goTenna 則更激進一些,因為還需要購買硬件設備才可以組建 Mesh 網絡。其硬件產品一組兩個,售價 179 美元,至今已銷售超過 10 萬台設備。
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為了提高 Mesh 網絡的傳輸距離,goTenna 採用自己的無線傳輸方案,空曠地區的傳輸距離可以超過 6 公里,城市內也能達到 1 公里左右。手機通過藍牙和 goTenna 連接後,goTenna 可以讓使用其組建 Mesh 網絡中的用戶,在沒有互聯網的情況下發送 1 對 1 消息、群組消息或共享地理位置。
goTenna 的產品定位和 Open Garden 很不一樣,更適合傳輸距離更大的場景中,官方提到的場景包括戶外旅遊、國際旅行、緊急情況下的通訊、音樂節或嘉年華等人群擁擠的地方。
txTenna 是 goTenna Mesh 的一個特殊使用場景:在無網絡情況下廣播比特幣轉賬數據。這套完整的解決方案包含了四方:用戶、txTenna (和 goTenna Mesh)、Samourai Wallet 和 Blockstream 衛星。
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假設某位用戶附近沒有 Wi-Fi 和移動信號,無法訪問互聯網,而用戶的需求是將自己比特幣轉賬請求數據發送至比特幣網絡,該用戶可以進行如下操作:
  1. 需要先使用武士錢包 (Samourai Wallet) 發起轉賬申請;武士錢包是一款安卓平台上注重隱私特性的開源比特幣錢包,goTenna 曾表示,未來會支持更多錢包。
  2. 用戶使用武士錢包簽名比特幣轉賬數據,並發送給 txTenna App。
  3. txTenna 將武士錢包已簽名的比特幣轉賬請求的數據,通過藍牙發送給 goTenna Mesh。
  4. goTenna Mesh 將該筆數據廣播至由 goTenna Mesh 組成的 Mesh 網絡中的其他設備,只要有一台設備中的 txTenna 有互聯網接入能力,則該筆轉賬數據就能廣播至比特幣網絡。電腦也可以通過 goTenna Mesh 接入網狀網絡,然後通過 txTenna-python 腳本將轉賬數據同步至比特幣網絡。目前還該方案中有個限制,必須要發起轉賬申請的節點需要在 3 個跳轉之內將數據發送至聯網節點。
  5. Blockstream 衛星是一個可選的部分。如果在這個 Mesh 網絡中有節點和衛星數據接收器(一個長得像「鍋」的設備)連接,那該 Mesh 網絡也就可以在斷網狀態下獲得全量比特幣區塊數據。因為接收 BlockStream 衛星信號的接收器可以將 Blockstream 衛星上的比特幣全節點全部下載至本地,其實這本身就是一個互聯網斷網的狀態下也能獲得全量比特幣數據的解決方案。
最近 goTenna 發布了名為「Lot49」協議的白皮書,該協議創新性的將比特幣的閃電網絡的小額支付功能,作為搭建物理 Mesh 網絡的激勵體系,創建一個可以脫離 ISP 的真正去中心化並健壯的通訊網絡。
像 goTenna Mesh 這類的網狀網絡,有一個比較大的問題,是如何激勵節點能保持打開狀態。節點保持打開狀態可以增進網絡覆蓋度和健壯性。Lot49 把比特幣閃電網絡的小額支付功能增加到 Mesh 網絡中,作為「接力節點 Relay Nodes」在幫助傳輸數據時就可以獲得相應的激勵。由於佔用較少的帶寬,所以加入支付功能也不會對整個 Mesh 網絡造成影響。
在搭建了 Mesh 網絡後,這些接力節點就可以替用戶將數據接力多次後發送到目標用戶。不過,由於目前 goTenna Mesh 網絡的吞吐量和硬件性能,所以主要的使用場景只有發送消息數據這類低帶寬的數據。
由於該協議的實現,需要基於比特幣主網部署「施諾爾簽名 Schnorr signature」和 BIP-118 提案,所以該協議還處於早期階段。
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goTenna 和 txTenna 基本資料,潘致雄整理
Helium
Helium 是一個最近火熱的項目,在 6 月獲得了來自 Multicoin 和聯合廣場風投(USV)總共 1500 萬美元的融資。Multicoin 稱 Helium 項目是他們目前為止最大規模的一次私人投資,而且預計將在未來幾年持續投資於這一生態系統。
Helium 網絡的增長速度極快。Helium 團隊三個月前正式發布網絡,目前已經涵蓋了美國 50 個州中的 45 個,涵蓋城市數量超過400 個,網絡覆蓋的面積達 10 萬平方英里。
其創始人之一 Shawn Fanning 本身已經足夠值得關注。這名 80 後企業家、程序員、天使投資人,在 1999 年的時候就已經做出了一款被寫入互聯網史和音樂史的產品:Napster,它與「電驢 eDonkey2000」被稱為第一代的點對點網絡,而且在那個年代都能獲得近 8000 萬的註冊用戶——請記住,當時全球接入互聯網的用戶也就 3 億多。
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Shawn Fanning,Helium 創始人之一

Napster 的功能是分享盜版的 MP3 音樂,而因此帶來了許多的版權問題。由於當時的點對點網絡還是需要中心化服務器的,所以也就導致了在 2001 年 7 月被法院強制關閉。雖然後來 Napster 被收購以及保留了品牌,但也沒能再續輝煌。
之後 Shawn Fanning 也有過幾次的創業,包括曾經大紅大紫過的私密好友社交Path ,但最終也於 2018 年停止服務。
其實早在 2013 年,Shawn Fanning 就與其他兩人共同創立了 Helium ,那個時候區塊鏈這個詞才剛剛誕生,所以這個項目和區塊鏈還沒啥關係。
一開始 Helium 嘗試做的是物聯網領域,提供各種傳感器技術甚至是醫療機構的解決方案,在經過轉型後,到了 2018 年下半年才給這個物聯網平台加上了區塊鏈和挖礦概念,也就是現在 Helium 的產品。
用一句話來說,Helium 是個通過專有硬件設備驅動的區塊鏈,用以提供物聯網設備聯網的點對點網絡。
Helium 試圖通過區塊鏈網絡作為激勵層和去中心化的基礎設施,搭建一個物聯網的網絡。所以該項目的主打場景以物聯網(IoT)為主,包括:森林火災檢測、寵物位置跟蹤、自行車防盜、農業等。之前科技媒體 TechCrunch 還報道過 Helium 將與 Lime (共享單車和滑板服務)合作,共同測試並試圖解決單車和滑板被盜的問題。
其實在物聯網領域,目前常用的通訊協議有 ZigBee、藍牙或者 Wi-Fi,而它們的問題是傳輸距離比較有限,每家每戶可能都需要一個專用收發設備。所以 Helium 採用的是專有的硬件和專有的無線傳輸協議以解決信號覆蓋的問題,這台專用的硬件由 Helium 生產,取名為 Hotspot
Hotspot
其實可以把 Hotspot 理解成是一台 Helium 網絡的礦機,但是這台礦機不是消耗算力資源挖礦。物聯網設備可以通過 Hotspot 接入互聯網,也正因為 Hotspot 提供了這種無線傳輸的區域覆蓋能力,所以通過挖礦的這種形式給 Hotspot 持有者代幣激勵。
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在無線傳輸協議上,為了提高單設備的覆蓋範圍,Hotspot 採用的無線傳輸協議不是 Wi-Fi,而是 LongFi,這是一個在低於 1GHz 頻段運行的開源協議,是普通 Wi-Fi 傳輸距離的 200 倍,而且是低頻頻帶,意味着這些無線電波能夠輕易穿過混凝土牆和地板,同時所需要的電量是蜂窩調製解調器(一般用在手機上)的千分之一。
一台 Hotspot 就可以達到數平方公里的覆蓋度,也就是說,只要 50 到 150 台就可以覆蓋整個城市。Hotspot 的功耗也很低,平均運行功率 12 瓦,也就是普通 LED 燈泡的功耗,每天不到 0.3 度電。
Helium 區塊鏈
在 Hotspot 背後的,就是 Helium 區塊鏈了,所以也會有代幣和共識機制等。
Helium 採用了雙代幣機制,一個叫做 Helium,目的是獎勵 Hoptspot 提供了區塊驗證和無線網絡覆蓋。另一個叫做 Data Credits,所有在網絡中傳輸數據或者區塊轉賬手續費都是用這個代幣支付的,而且這個代幣是通過轉換 Helium 生成的,不可以交易,且綁定在單個用戶上。Helium 區塊鏈沒有預挖,每月釋放約 5 萬個 Helium 代幣,按比例分配給 Helium 官方和投資者(佔比 35%)、Hotspot 基礎設施(35%)和數據傳輸(30%)
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在共識和挖礦機制中,也採用了比較複雜的混合方案,每年也會按照線性的方式調整分配比例。其初始分配方式為:
  • 「挑戰者」,可分配 1% 的代幣,網絡會挑選隨機的 Hotspot 節點驗證覆蓋度;
  • 「覆蓋度證明」(Proof-of-Coverage),可分配 19% 的代幣,當每台 Hotspot 驗證相鄰 Hotspot 覆蓋度的時候,而且取決於直接參与 PoC 的頻率;
  • 「見證人」,可分配 9% 的代幣,成為見證人節點後,需要監控和彙報 PoC 的情況,所以可以獲得代幣獎勵;
  • 「數據傳輸」,可分配 30% 的代幣,根據節點傳輸數據的數量分配;
  • 「共識小組」,可分配 6% 的代幣,所有節點都會根據 PoC 的情況評分後選舉出最高分的節點作為共識小組成員,該小組成員會替整個 Helium 區塊鏈驗證交易數據並打包成區塊後分發。
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總體而言,其經濟模型是,Hotspot 硬件負責連接物聯網設備,實現 LongFi 傳輸協議,實現低能耗低帶寬高覆蓋的網絡;Helium 區塊鏈負責激勵和數據層的實現,通過合適的經濟模型和共識機制增加網絡節點的數量和可靠性,這兩者的結合就是 Helium 對於物聯網生態的布局方式。
Multicoin Capital 認為,雖然 Helium 網絡始於 LongFi,但這樣的部署也可以作為 Helium 在其他無線網絡類型(LTE、5G 等)的發展藍圖,使得 Helium 網絡能夠通過 LongFi 在物聯網領域產生與大型電信網絡運營商進行不對稱競爭的優勢,也將推動 Helium 網絡進軍更高一級的市場,在更高帶寬的產品上進行競爭。
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Helium 和 Hotspot 基本資料,潘致雄整理

最近 Helium 項目還發布了開發者套件 SDK 的測試版,闡述了LongFi協議的信息,SDK開源並託管在GitHub上,提供了開發者文檔和示例代碼,以及告訴用戶如何搭建自己的 Hotspot 設備等。

蘋果的「Find My」會是分布式網絡的前哨嗎?
作為擁有最多移動設備用戶的廠商之一,蘋果其實已經有能力建立一個脫離於互聯網的分布式網絡了,比如 FireChat 就是利用 iPhone 的 Wi-Fi 和藍牙建立的網狀網絡。早在 2013 年的 iOS 7 時代,蘋果就提供了名為 MultipeerConnectivity 的框架,給開發者提供創建點對點網絡的能力,基於這個點對點協議的基礎設施,開發者就可以構建出分布式的網狀網絡,實現一些實際的應用場景。
在今年 6 月的蘋果全球開發者大會(WWDC)中,蘋果還整合併發布了一個新的服務,嘗試將物理環境中的藍牙網絡利用在了防盜領域。雖然現在這個服務還不能算是分布式網絡,但可能在之後的發展中會成為一種特殊形式的分布式網絡。
其實很早之前,蘋果就已經提供了手機被盜後的數據安全解決方案「查找我的 iPhone(Find my iPhone)。當用戶手機被盜之後,用戶可以登錄 iCloud 服務,然後鎖定 iPhone,抹除數據甚至是追蹤位置,只要這台手機再次聯網就行。而且偷盜者無法通過任何軟件手段將手機恢復出廠設置,除非獲得 iCloud 賬戶和密碼才行,所以也催生了手機被盜後用戶經常會收到釣魚短信和郵件可能會被盜取密碼的事件。同時蘋果還有個「查找朋友」的服務,提供類似於一群朋友在外旅遊需要互相分享地理位置這樣的場景,或者是家庭成員互相長期共享地理位置的場景。
其實上述這兩個服務的技術都是基於移動網絡、Wi-Fi 和 GPS 等定位技術整合實現的。而今年,蘋果不僅將「查找我的 iPhone」和「查找朋友」這兩個服務進行了合併,而且還加入了第三方藍牙作為「接力」,提供一個更完整的地理位置服務,並簡化名稱為「Find My」。
具體如何實現的呢?以 MacBook 筆記本設備為例,假設電腦被盜或者遺失了。就算這台電腦是關機的狀態下,還會定期發出加密的藍牙信號,而且藍牙信號數據是極度省電的,所以可以持續很久。任何一台 iPhone 都會成為中繼設備,當附近只要有一台 iPhone 掃描到這個加密信號後,就會把這個包含地理位置的加密數據包上傳至蘋果服務器。蘋果也沒辦法解密這個數據包的,只有丟失者才有解開這個數據包的密鑰,然後就能獲得這個具體的地理位置了。
這其中如何做到安全和隱私的技術細節 Wired 在這篇文章有解釋過:https://www.wired.com/story/apple-find-my-cryptography-bluetooth/
當然,這個服務可以理解為只是一種基於藍牙和地理位置的應用場景,但是以蘋果近 10 億活躍 iPhone 用戶數量來說,該服務可能只是一次簡單的嘗試。試想一下,現在僅支持一台其他設備接力藍牙信號,之後的發展方向可能是會支持多台設備拾獲藍牙信號三角定位,或者多台 iPhone 之間使用藍牙互相連接提供更準確的地理位置等等,畢竟 iPhone 設備在真實環境中的密度是遠遠超過 goTenna 的,而且蘋果很早就準備好了無線點對點網絡的基礎設施,所以這類的場景其實都是可以通過蘋果統一而封閉的系統實現的。
巧合的是,蘋果也曾經設想過通過 iPhone 實現 goTenna 這類產品的場景,這是近期才被美國媒體 The Information 公開的。
蘋果內部有過一個代號為 OGRS 的項目,該項目會採用 Intel 的芯片,試圖發送與接收 900 MHz(與 goTenna 與 Helium 的採用的頻率很接近)的無線電波,讓手機在無蜂窩網絡(2G、3G、4G、5G)覆蓋的場景中也可以通過無線電波與其它地理位置相近手機進行通訊。該報道稱該功能的研發目前已停止,但還是有可能會出現在未來的 iPhone 手機上。
而在 9 月發布的 iPhone 11 系列中搭載的超寬頻 UWB 和 U1 芯片可能是該技術的延續,通過該技術,可以實現室內的定位與位置感知,但蘋果現階段還未提供更多的細節,也許是 AR/VR 相關的技術儲備,也可能是一種可以廣泛使用的通訊協議。
所以,如果有一天 iPhone 可以組成類似於 Helium 和 goTenna 那樣的分布式網絡,也沒什麼好驚訝的。
看向未來
除以上的介紹之外,還有幾個比較有意思的網狀網絡項目值得關註:
  • 一個是非盈利項目 NYC Mesh,嘗試在紐約市建立一個無線網狀網絡,提供更廉價的互聯網服務,Mozilla 也捐助過該項目;
  • 第二個是 RightMesh,該項目已經開發了 5 年時間,雖然願景遠大,希望為尚未接入互聯網的用戶提供網絡服務,但還是被用戶質疑進度緩慢,甚至他們的技術開發也遭遇了重構和改組;
  • 還有一個是 Locha Mesh 項目,這是一個來自於委內瑞拉的開源項目,允許用戶的隱私信息和支付功能在沒有互聯網連接的狀態下也可以發送和進行,目前已經開發了兩個硬件原型,用戶組建出網狀網絡後,可以將互聯網接入能力進行共享。
這些項目大多都支持了藍牙協議,因為藍牙作為一種通用無線協議,覆蓋的用戶數可能會更驚人,而早在 2017 年的時候,藍牙聯盟就發布了 Mesh Network 技術的網絡規範,可以將低功耗藍牙技術應用到網狀網絡中,比如工業物聯網領域。藍牙聯盟早就預見到了物聯網可能會是一個巨大的趨勢,Helium 則更早的看到了這種趨勢,所以在 2013 年的時候就創業嘗試,但最終還是因為定位和時機的原因沒有成功。之後 Helium 在 2018 年捲土重來的時候,應該是學習到了區塊鏈技術對於分布式網絡的重要性,不僅可以以去中心化的形式進行價值轉移,還可以植入合適的經濟模型促進整個生態的發展。
除了 Helium 之外,goTenna 和 OpenGarden 也在項目進行的數年之後再加入了區塊鏈相關的技術和激勵機制,嘗試建立一個在物理環境中可以去中心化的網絡傳輸基礎設施。
如果關掉互聯網,區塊鏈還能生存嗎

OpenGarden、goTenna 和Helium 基本資料對比,潘致雄整理

這可能是因為區塊鏈概念可以幫助項目營銷和融資,也可能真的是因為區塊鏈才是分布式網絡、網狀網絡、去中心化網絡、物聯網技術可以最終落地實現的最好夥伴。
參考
  • 關於蘋果:[https://www.wired.com/story/apple-find-my-cryptography-bluetooth/]
  • iPhone 各年銷量:[https://www.statista.com/statistics/276306/global-apple-iphone-sales-since-fiscal-year-2007/]
  • [http://whitepaper.helium.com]
  • 伊拉克案例:[https://threatpost.com/research-shows-increase-in-internet-filtering-and-usage-of-firechat-app-in-iraq/107402/]
  • 全球接入網絡用戶數量:[https://www.internetworldstats.com/pr/edi008.htm]
  • goTenna 設備銷量:[https://www.coindesk.com/gotenna-bitcoin-wallet-mesh-network
  • Lot49 白皮書:[https://global-mesh-labs.gitbook.io/lot49/]

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