CN114254335A - 基于gpu的加密方法、装置、加密设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及信息安全领域，具体公开了一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质，所述方法包括：接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；利用所述掩码后的加密密钥和掩码对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。以降低GPU端的侧信息泄露，提高基于GPU的密码算法的安全性。
Description
技术领域
本申请涉及信息安全领域，尤其涉及一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质。
背景技术
图形处理单元(Graphics Processing Units，GPU)广泛集成在现有服务器、台式机以及移动平台上，以增强图形处理工作的性能和兼容性。由于GPU独特的体系结构使其适合用于数据计算密集型工作，所以越来越多的应用程序利用GPU提供的高度并行性来加速通用计算。但是，GPU在执行密码算法时，不可避免的会有功率消耗、电磁辐射和执行时间等侧信息泄露，攻击者可以收集和分析这些泄露的侧信息，从而获取密码算法的密钥等敏感信息。
因此，如何降低GPU端的侧信息泄露，提高基于GPU的密码算法的安全性成为亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质，以降低GPU端的侧信息泄露，提高基于GPU的密码算法的安全性。
第一方面，本申请提供了一种基于GPU的加密方法，所述方法包括：
接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；利用所述掩码后的加密密钥和掩码对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
第二方面，本申请还提供了一种基于GPU的加密装置，所述装置包括：
数据存储模块，用于接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；密钥处理模块，用于对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；数据加密模块，用于利用所述掩码后的加密密钥和掩码对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
第三方面，本申请还提供了一种加密设备，所述加密设备包括GPU端和CPU端；所述CPU端用于将明文数据和加密后的加密密钥发送给GPU端；所述GPU端用于接收所述明文数据和加密后的加密密钥，并执行如上述的基于GPU的加密方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现如上述的基于GPU的加密方法。
本申请公开了一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质，通过接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将明文数据保存在预先划分的存储区域内，然后对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥，并将掩码和掩码后的加密密钥共同保存在预先划分的存储区域内，最终在预先划分的存储区域内，利用掩码后的加密密钥和掩码对明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给CPU端。在预先划分的存储区域内对明文数据进行加解密，避免与其他线程共享内存，避免敏感信息被窃取，并且CPU端在发送的是加密后的加密密钥，降低加密密钥传输过程中泄露的可能性，进而提高基于GPU的密码算法的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种加密设备的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种基于GPU的加密方法的示意流程图；
图3是本申请实施例提供的一种基于GPU的加密装置的示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
本申请的实施例提供了一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质。基于GPU的加密方法可用于GPU端执行加解密计算，降低GPU端的侧信息泄露，提高基于GPU的密码算法的安全性。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的一种加密设备的结构示意图。
如图1所示，该加密设备100包括CPU端101和GPU端102。其中，CPU端101包括CPU模块1011和TPM模块1012，GPU端102包括GPU模块1021和SE模块1022。
其中，CPU端101用于将明文数据和加密后的加密密钥发送给GPU端102。
GPU端102用于接收所述明文数据和加密后的加密密钥，并实现任意一种基于GPU的加密方法。
其中，在一实施例中，所述GPU端102用于实现如下步骤：
接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；基于所述预先划分的存储区域，利用所述掩码和掩码后的加密密钥对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
在一实施例中，所述加密后的加密密钥为所述CPU端利用预置的主密钥对加密密钥进行加密得到的。
在一实施例中，所述GPU端102在实现所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥时，用于实现：利用安全芯片对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码，以得到掩码和掩码后的加密密钥。
在一实施例中，所述GPU端102在实现所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥时，用于实现：利用预置的主密钥对所述加密后的加密密钥进行解密，得到加密密钥；对所述加密密钥进行掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥。
在一实施例中，所述GPU端102在实现所述对所述加密密钥进行掩码处理时，用于实现：生成真随机数作为所述加密密钥的掩码，利用所述真随机数对所述加密密钥进行随机掩码。
在一实施例中，所述GPU端102在实现所述将所述明文数据保存在预先划分的存储区域之前，用于实现：为所述明文数据的加密运算划分进行加密专用的存储区域，并将划分的存储区域作为预先划分的存储区域。
在一实施例中，所述GPU端102在实现所述将加密后的明文数据返回给所述CPU端之后，用于实现：对所述预先划分的存储区域进行内存清理。
下面结合加密设备100内的结构对加密过程进行详细说明。
在一次对明文数据进行加密计算的过程中，CPU端101将需要加密的明文数据和加密后的加密密钥发送给GPU端102，GPU端102在接收到明文数据和加密后的加密密钥后，将明文数据保存在预先划分的存储区域内。
在一实施例中，CPU模块1011将需要进行加密的明文数据发送给GPU模块1021，GPU模块1021为本次加密划分进行加密专用的存储区域，将该进行加密专用的存储区域作为预先划分的存储区域，并将需要进行加密的明文数据保存在该存储区域内。
其中，GPU模块1021在划分存储区域时，由GPU模块1021的内存管理单元(MMU)内进行划分，划分出的存储区域包括寄存器(Register)和全局内存(Global memory)，在保存明文数据时，将明文数据保存在内存管理单元的全局内存内。
在一实施例中，CPU端101发送给GPU端102的加密后的加密密钥，是CPU端101的TPM模块1012对CPU模块1011的加密密钥进行加密后得到的。
其中，CPU模块1011将加密密钥发送给同侧的TPM模块1012，其中，TPM模块1012中预置有GPU模块1021的主密钥，TPM模块1012在接收到CPU模块1011发送的加密密钥后，利用GPU模块1021的主密钥对加密密钥进行加密，得到加密后的加密密钥，并将加密后的加密密钥返回给CPU模块1012，由CPU模块1012将加密后的加密密钥发送给GPU端102的GPU模块1021。
GPU端102在接收到加密后的加密密钥后，对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，从而得到掩码和掩码后的加密密钥，并且在得到掩码和掩码后的加密密钥后，将掩码和掩码后的加密密钥共同保存在预先划分的存储区域内。
在一实施例中，GPU端102对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理是GPU端102的由SE模块1022执行的。也即，GPU模块1021在接收到CPU模块1012发送的加密后的加密密钥后，将加密后的加密密钥转发给SE模块1022，SE模块1022中预置有GPU模块1021的主密钥，SE模块1022利用GPU模块1021的主密钥对加密后的加密密钥进行解密，得到加密密钥。示例性的，SE模块1022可以是安全芯片。
得到加密密钥后，SE模块1022利用其内部的随机数发生器生成真随机数，然后利用真随机数对加密密钥进行掩码处理，从而得到掩码后的加密密钥，并将掩码和掩码后的加密密钥返回给GPU模块1021，其中，生成的真随机数即为掩码。
GPU模块1021在接收到掩码和掩码后的加密密钥后，将掩码和掩码后的加密密钥分别保存在内存管理单元的寄存器内。
最终基于该预先划分的存储区域，利用掩码和掩码后的加密密钥对明文数据进行加密，得到密文数据，并将密文数据返回给CPU端101，以完成本次加密计算。
在一实施例中，在完成本次加密计算后，GPU模块1021的内存管理单元即可对本次加密计算所使用的内存区域，也即预先划分的存储区域进行清理，以防止敏感信息的泄露。
为了便于理解，以下将结合图1中的加密设备对本申请的实施例提供的基于GPU的加密方法进行详细介绍。需知，上述的加密设备并不构成对本申请实施例提供的基于GPU的加密方法应用场景的限定。
请参阅图2，图2是本申请实施例提供的一种基于GPU的加密方法的示意流程图。
如图2所示，该基于GPU的加密方法，具体包括：步骤S201至步骤S203。
S201、接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域。
其中，所述加密后的加密密钥为所述CPU端利用预置的主密钥对加密密钥进行加密得到的，预先划分的存储区域中包括全局内存和寄存器。CPU端不直接发送加密密钥给GPU端，而是在发送加密密钥之前，先对加密密钥进行加密，将加密后的加密密钥发送给GPU端，对加密密钥进行加密保护，降低加密密钥在传输过程中泄露的风险。
CPU端的TPM模块中预置了GPU模块的主密钥，TPM模块利用预置的主密钥对CPU模块的加密密钥进行加密，得到加密后的加密密钥，并将加密后的加密密钥返回至CPU模块，由CPU模块将需要进行加密的明文数据以及加密后的加密密钥共同发送给GPU端，GPU端在接收到明文数据和加密后的加密密钥后，将明文数据保存在预先划分的存储区域内，并对加密后的加密密钥进行进一步的处理。其中，明文数据保存在预先划分的存储区域的全局内存中。
S202、对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域。
GPU端在接收到加密后的加密密钥后，对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，从而得到掩码和掩码后的加密密钥，并将掩码和掩码后的加密密钥共同保存在预先划分的存储区域内。其中，掩码和掩码后的加密密钥保存在预先划分的存储区域的寄存器中。
在一些实施例中，所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，包括：利用安全芯片对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥。
在GPU端增加安全芯片，也即图1中的SE模块，GPU端的GPU模块在接收到加密后的加密密钥后，将接收到的加密后的加密密钥转发给GPU端的安全芯片，由安全芯片对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，从而得到掩码和掩码后的加密密钥，进行掩码处理，消除数据与操作之间的相关性，降低GPU端在加解密过程中的侧信息泄露。
在一些实施例中，所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，包括：利用预置的主密钥对所述加密后的加密密钥进行解密，得到加密密钥；对所述加密密钥进行掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥。
GPU端的安全芯片内预先保存有GPU模块的主密钥，利用主密钥对加密后的加密密钥进行解密，得到加密密钥，然后安全芯片对加密密钥进行掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥。其中，掩码处理可以采用随机掩码的方式。
在一些实施例中，所述对所述加密密钥进行掩码处理，包括：生成真随机数作为所述加密密钥的掩码，利用所述真随机数对所述加密密钥进行随机掩码。
安全芯片在对加密后的加密密钥进行解密完成，得到加密密钥后，安全芯片内的随机数发生器生成真随机数，然后利用生成的真随机数对加密密钥进行随机掩码，来消除数据与操作之间的相关性，以减少GPU端的的侧信息泄露。也即执行
其中，Mask(Enc key)为掩码后的加密密钥，Enc key表示加密密钥，rnd表示真随机数。
S203、基于所述预先划分的存储区域，利用所述掩码和掩码后的加密密钥对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
基于预先划分的存储区域，利用保存在预先划分的存储区域内的掩码和掩码后的加密密钥对明文数据进行加密，得到密文数据，并将密文数据返回给CPU端。
在一些实施例中，在所述将所述明文数据保存在预先划分的存储区域之前，所述方法包括：为所述明文数据的加密运算划分进行加密专用的存储区域，并将划分的存储区域作为预先划分的存储区域。
由于GPU的内存管理单元的全局内存和寄存器通常可以在不同线程间共享，因此，为了避免共享内存中敏感数据可能会被窃取的问题，可以为明文数据的加密运算划分进行加密专用的存储区域，禁止其他线程共享该区域，以降低存储区域内的敏感数据被窃取的可能性，并将划分出的该存储区域作为预先划分的存储区域，用于存储明文数据、掩码和掩码后的加密密钥。
需要说明的是，在每一次加解密过程中，都可以为该次加解密过程划分新的加密专用的存储区域。
在一些实施例中，在所述将密文数据返回给所述CPU端之后，所述方法包括：对所述预先划分的存储区域进行内存清理。
在一次对于明文数据的加密计算完成后，可以对预先划分的存储区域进行内存清理，以防止敏感信息的泄露。
上述实施例提供的一种基于GPU的加密方法、装置、加密设备及存储介质，通过接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将明文数据保存在预先划分的存储区域内，然后对加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥，并将掩码和掩码后的加密密钥共同保存在预先划分的存储区域内，最终在预先划分的存储区域内，利用掩码后的加密密钥和掩码对明文数据进行加密，得到密文数据，并将密文数据返回给CPU端。在预先划分的存储区域内对明文数据进行加解密，避免与其他线程共享内存，避免敏感信息被窃取，并且CPU端在发送的是加密后的加密密钥，降低加密密钥传输过程中泄露的可能性，进而提高基于GPU的密码算法的安全性。
请参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种基于GPU的加密装置的示意性框图，该基于GPU的加密装置用于执行前述的基于GPU的加密方法。其中，该基于GPU的加密装置可以配置于服务器或终端中。
其中，服务器可以为独立的服务器，也可以为服务器集群。该终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理和穿戴式设备等电子设备。
如图3所示，基于GPU的加密装置300包括：数据存储模块301、密钥处理模块302和数据加密模块303。
数据存储模块301，用于接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域。
密钥处理模块302，用于对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域。
数据加密模块303，用于利用所述掩码后的加密密钥和掩码对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的基于GPU的加密装置和各模块的具体工作过程，可以参考前述基于GPU的加密方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的实施例中还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序中包括程序指令，所述处理器执行所述程序指令，实现本申请实施例提供的任一项基于GPU的加密方法。
其中，所述计算机可读存储介质可以是前述实施例所述的加密设备的内部存储单元，例如所述加密设备的硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是所述加密设备的外部存储设备，例如所述加密设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于GPU的加密方法，其特征在于，包括：
接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；
对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；
基于所述预先划分的存储区域，利用所述掩码和掩码后的加密密钥对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
2.根据权利要求1所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，所述加密后的加密密钥为所述CPU端利用预置的主密钥对加密密钥进行加密得到的。
3.根据权利要求1所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，包括：
利用安全芯片对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码，以得到掩码和掩码后的加密密钥。
4.根据权利要求1所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，所述对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，包括：
利用预置的主密钥对所述加密后的加密密钥进行解密，得到加密密钥；
对所述加密密钥进行掩码处理，得到掩码和掩码后的加密密钥。
5.根据权利要求4所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，所述对所述加密密钥进行掩码处理，包括：
生成真随机数作为所述加密密钥的掩码，利用所述真随机数对所述加密密钥进行随机掩码。
6.根据权利要求1至4任一项所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，在所述将所述明文数据保存在预先划分的存储区域之前，所述方法包括：
为所述明文数据的加密运算划分进行加密专用的存储区域，并将划分的存储区域作为预先划分的存储区域。
7.根据权利要求1至4任一项所述的基于GPU的加密方法，其特征在于，在所述将所述密文数据返回给所述CPU端之后，所述方法包括：
对所述预先划分的存储区域进行内存清理。
8.一种基于GPU的加密装置，其特征在于，包括：
数据存储模块，用于接收CPU端发送的明文数据和加密后的加密密钥，并将所述明文数据保存在预先划分的存储区域；
密钥处理模块，用于对所述加密后的加密密钥进行解密和掩码处理，以得到掩码和掩码后的加密密钥，并将所述掩码和掩码后的加密密钥共同保存在所述预先划分的存储区域；
数据加密模块，用于利用所述掩码后的加密密钥和掩码对所述明文数据进行加密，得到密文数据，并将所述密文数据返回给所述CPU端。
9.一种加密设备，其特征在于，所述加密设备包括GPU端和CPU端；
所述CPU端用于将明文数据和加密后的加密密钥发送给GPU端；
所述GPU端用于接收所述明文数据和加密后的加密密钥，并执行如权利要求1至7中任一项所述的基于GPU的加密方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时使所述处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的基于GPU的加密方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011025308.3A CN114254335A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 基于gpu的加密方法、装置、加密设备及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011025308.3A CN114254335A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 基于gpu的加密方法、装置、加密设备及存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114254335A true CN114254335A (zh) | 2022-03-29 |
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ID=80789272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011025308.3A Pending CN114254335A (zh) | 2020-09-25 | 2020-09-25 | 基于gpu的加密方法、装置、加密设备及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114254335A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115766006A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-07 | 上海芷锐电子科技有限公司 | 密钥协商的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 |
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2020
- 2020-09-25 CN CN202011025308.3A patent/CN114254335A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115766006A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-07 | 上海芷锐电子科技有限公司 | 密钥协商的方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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