CN116051269A - 一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务数据处理方法以及装置 - Google Patents

一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务数据处理方法以及装置 Download PDF

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CN116051269A CN202310097392.7A CN202310097392A CN116051269A CN 116051269 A CN116051269 A CN 116051269A CN 202310097392 A CN202310097392 A CN 202310097392A CN 116051269 A CN116051269 A CN 116051269A
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范学鹏
曾驭龙
汤载阳
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Abstract

本申请公开了用于质押融资业务的数据处理方法以及装置，所述方法包括在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。通过本申请保证质押物、可用资金的安全性和一致性。

Description

一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务数据处理方法以及装置
技术领域
本申请涉及软件工程技术领域，具体而言，涉及一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务的数据处理方法以及装置。
背景技术
区块链是一个去中心化的账本，在其上执行的程序称作智能合约，以完全公开透明的方式执行，其上任何信息公开可见。区块链以及智能合约技术是保证系统公开透明执行的最佳方式。
对于质押融资业务中的货主、仓库、银行、交易所及监管方，多方之间需要确保货主货物数量与质押金额的匹配，并且需要及时同步更新对应的质押金额。
针对相关技术中质押融资业务的安全性问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务的数据处理方法以及装置，以解决商品交易所的质押融投资业务中存在数据安全隐患的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务的数据处理方法
根据本申请的用于质押融资业务的数据处理方法包括：
在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；
在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；
如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
在一些实施例中，所述方法还包括：
预先在区块链上设立货物手续费率的数据库，同时按照明文存储每种货物的质押单价，并记为p1,…,pn，n为货物。
在一些实施例中，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：
链上的智能合约根据用户ID及质押品种，从链上获取所述用户的可用库存总量，在密文条件下验证质押数量小于等于可用货物总量；
所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：
如果验证成功，则更新所述可用货物总量＝原有可用库存总量-质押数量。
在一些实施例中，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：
根据货物品种在链上获取手续费率，并在加密情况下判断：质押重量*手续费率<＝可用资金，其中不同质押品种可能收取不同的手续费；
所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：
如验证成功更新所述用户的可用资金。
在一些实施例中，所述方法还包括：
用户每次提交质押操作，可选择业务相关银行、交易所、仓库和监管方进行解密查看。
在一些实施例中，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据之后，还包括：
如果验证未通过，则拒绝质押请求。
在一些实施例中，所述方法还包括：
用户从链上获取该用户可用货物总量密文或可用资金密文，得到该用户可用货物总量明文或可用资金明文并查看。
为了实现上述目的，根据本申请的另一方面，提供了一种用于质押融资业务的数据处理装置。
根据本申请的用于质押融资业务的数据处理装置包括：
加密以及生成模块，用于在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；
验证模块，用于在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；
更新模块，用于如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
根据本申请的又一个方面，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
根据本申请的再一个方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
在本申请实施例中，通过在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，之后在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，最后如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。通过在链下生成货物和资金的密文以及零知识证明，可以在链上的智能合约通过验证之后，更新链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。保证质押物、可用资金的安全、一致性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的用于质押融资业务的数据处理方法流程示意图；
图2是根据本申请实施例的用于质押融资业务的数据处理装置结构示意图；
图3是根据本申请实施例的用于质押融资业务的数据处理方法的实现原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
根据本申请实施例，如图1所示，根据本申请实施例的用于质押融资业务的数据处理方法流程示意图，具体包括如下步骤：
步骤S110，在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同。
如果一共有n种货物，项目方在区块链上设立一个货物手续费率的数据库，明文存储每种货物的质押单价，记为p1,…,pn。货主申请账户后，针对每个货物种类，初始化可用货物总量，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。初始化可用资金，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。
基于区块链的质押融资业务，其成员包括货主、仓库、银行、交易所及监管方。如果货主可以选择向仓库质押货物，质押请求包括客户号、质押品种、质押数量(重量)、货物总量、可用资金。但货主不想透露自己的质押行为，也不想透露自己的质押数量，故该次质押操作需要在区块链上以密文形式进行记录和更新，上链后该信息各个字段均为加密状态。
对货物质押数量进行隐私保护的需求。加密过程中的随机数保证了对于相同的质押数量明文，每次加密的结果都不相同。可以理解，本申请的实施例中基于的加密体系为ElGamal加密体系，是一个基于离散对数的加密体系，具有同态性质。
此外，零知识证明部分应用Fiat-Shamir启发与环签名。
步骤S120，在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据。
对于明文加密的过程，在本申请的实施例中假设存在一个循环群G，其生成元为g，阶为q。以下均用乘法表示群运算。
每个货主、仓库方、银行方、监管方均建立一对公私钥，其过程为随机选取x∈{1,…,q-1}作为私钥，计算公钥为h＝gx。所有公钥在发布至区块链上并由智能合约记录，以下简称上链。
步骤S130，如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
智能合约接收到货主的质押请求后，针对该货主的链上数据，依次进行对应的验证操作若验证均通过，则分别更新链上数据。
通过将上述同态加密和零知识证明技术用于商品交易所质押业务场景。相比于其他著名的零知识证明方案如zk-SNARK，不需要依赖可信第三方进行可信设置，且拥有更小的链上开销。零知识证明的长度和链上时间复杂度均为质押数量的对数级别，且对应的常数极小，仅需要货物数量对数的4-5倍群运算操作。
作为本实施例中的优选，所述方法还包括：预先在区块链上设立货物手续费率的数据库，同时按照明文存储每种货物的质押单价，并记为p1,…,pn，n为货物。
在区块链上设立一个货物手续费率的数据库，明文存储每种货物的质押单价，记为p1,…,pn。
作为本实施例中的优选，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：链上的智能合约根据用户ID及质押品种，从链上获取所述用户的可用库存总量，在密文条件下验证质押数量小于等于可用货物总量；所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：如果验证成功，则更新所述可用货物总量＝原有可用库存总量-质押数量。
为了避免分析业务关联性，不同客户号或同一客户多次质押相同数量货物时，要求质押数量字段加密结果不同。智能合约根据客户号及质押品种从链上获取该客户的可用库存总量，在密文条件下验证质押数量小于等于可用货物总量，如验证成功，更新可用货物总量＝原有可用库存总量-质押数量。
作为本实施例中的优选，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：根据货物品种在链上获取手续费率，并在加密情况下判断：质押重量*手续费率<＝可用资金，其中不同质押品种可能收取不同的手续费；所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：如验证成功更新所述用户的可用资金。
不同质押品种可能收取不同的手续费，需要智能根据该品种在链上获取手续费率，并在加密情况下判断：质押重量*手续费率<＝可用资金。如验证成功更新该客户可用资金。
作为本实施例中的优选，所述方法还包括：用户每次提交质押操作，可选择业务相关银行、交易所、仓库和监管方进行解密查看。
此外，还可以支持解密并查看操作：客户可以随时从链上获取该客户可用货物总量密文或可用资金密文，调用解密模块，得到该客户可用货物总量明文或可用资金明文并查看。
对于某一次质押交易的相关方，其可以从链上获取资金和货物数量的密文(A1,E2)，调用解密模块，输入公钥hA对应的私钥和资金和货物数量的(A1,E2)，得到此次交易货物数量的明文并查看。
作为本实施例中的优选，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据之后，还包括：如果验证未通过，则拒绝质押请求。
若所述预设密文对应的零知识证明均验证失败则拒绝此次交易。
作为本实施例中的优选，所述方法还包括：用户从链上获取该用户可用货物总量密文或可用资金密文，得到该用户可用货物总量明文或可用资金明文并查看。
货主每次提交质押操作，可选择业务相关银行、交易所、仓库和监管方进行解密查看。需要仅有货主指定的相关方能够解密并查看此次质押数据，其他未指定方无法查看。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述方法的用于质押融资业务的数据处理装置200，如图2所示，该装置包括：
加密以及生成模块210，用于在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；
验证模块220，用于在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；
更新模块230，用于如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
本申请实施例的所述加密以及生成模块210中如果一共有n种货物，项目方在区块链上设立一个货物手续费率的数据库，明文存储每种货物的质押单价，记为p1,…,pn。货主申请账户后，针对每个货物种类，初始化可用货物总量，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。初始化可用资金，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。
基于区块链的质押融资业务，其成员包括货主、仓库、银行、交易所及监管方。如果货主可以选择向仓库质押货物，质押请求包括客户号、质押品种、质押数量(重量)、货物总量、可用资金。但货主不想透露自己的质押行为，也不想透露自己的质押数量，故该次质押操作需要在区块链上以密文形式进行记录和更新，上链后该信息各个字段均为加密状态。
对货物质押数量进行隐私保护的需求。加密过程中的随机数保证了对于相同的质押数量明文，每次加密的结果都不相同。可以理解，本申请的实施例中基于的加密体系为ElGamal加密体系，是一个基于离散对数的加密体系，具有同态性质。
此外，零知识证明部分应用Fiat-Shamir启发与环签名。
本申请实施例的所述验证模块220中对于明文加密的过程，在本申请的实施例中假设存在一个循环群G，其生成元为g，阶为q。以下均用乘法表示群运算。
每个货主、仓库方、银行方、监管方均建立一对公私钥，其过程为随机选取x∈{1,…,q-1+作为私钥，计算公钥为h＝gx。所有公钥在发布至区块链上并由智能合约记录，以下简称上链。
本申请实施例的所述更新模块230中智能合约接收到货主的质押请求后，针对该货主的链上数据，依次进行对应的验证操作若验证均通过，则分别更新链上数据。
通过将上述同态加密和零知识证明技术用于商品交易所质押业务场景。相比于其他著名的零知识证明方案如zk-SNARK，不需要依赖可信第三方进行可信设置，且拥有更小的链上开销。零知识证明的长度和链上时间复杂度均为质押数量的对数级别，且对应的常数极小，仅需要货物数量对数的4-5倍群运算操作。
如图3所示，是根据本申请实施例的用于质押融资业务的数据处理方法的实现原理示意图，主要包括链上部分和链下部分，还包括初始化部分。
(1)初始化过程：
本申请实施例中假设存在一个循环群G，其生成元为g,阶为q。以下我们均用乘法表示群运算。每个货主、仓库方、银行方、监管方均建立一对公私钥，其过程为随机选取x∈{1,…,q-1+作为私钥，计算公钥为h＝gx。所有公钥在发布至区块链上并由智能合约记录，以下简称上链。
假设一共有n种货物。项目方在区块链上设立一个货物手续费率的数据库，明文存储每种货物的质押单价，记为p1,…,pn。
为方便起见，以下针对某单一货主(客户)进行过程描述。所有货主的实施过程相同。货主申请账户后，针对每个货物种类，初始化可用货物总量，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。初始化可用资金，调用加密模块生成可用货物总量密文并上链。之后，针对每一笔质押操作，我们分别针对链下和链上部分描述实施方式：
(2)链下部分：
假设此次质押货物的种类编号为k,数量为m，调用加密模块生成m的密文(A1,A2),并导出此次加密所用到的随机数y，同时生成如下零知识证明
1.调用生成范围证明模块，输入(A1,A2)以及私钥x,得到的输出记为proof1,用于证明此次质押货物的数量大于0。
2.链上获取该客户当前可用货物总量密文(B1,B2)，计算质押后可用资金密文(B1/A1,B2/A2)。调用生成范围证明模块，输入(B1/A1,B2/A2)以及私钥x,得到的输出记为proof2,用于证明此次质押完成后该用户的可用货物总量大于0。
3.链上获取该客户当前可用资金密文(C1,C2)，该货物质押单价pk，计算质押后可用资金密文
Figure BDA0004072178360000101
调用生成范围证明模块，输入(D1,D2)以及私钥x,得到的输出记为proof3,用于证明此次质押完成后该用户的可用资金大于0。
4.链上获取此次质押的相关方(拥有查看质押数量明文的权限)的公钥hA,使用导出的随机数y进行加密操作得到密文
Figure BDA0004072178360000102
调用生成相等证明模块，输入(A1,A2,E2)以及y(注意这里有A1＝E1),得到的输出记为proof4，用于证明给相关方提供的货物数量密文对应的明文和链上记录的货物数量相等。如果相关方有多个，则针对
不同相关方的公钥重复4的操作并生成多项证明。之后，用户将(A1,A2,E2),proof1,proof2,proof3,proof4提交至区块链上，链下部分完成。
(3)链上部分：
智能合约接收到货主的质押请求(A1,A2,E2)，
proof1,proof2,proof3,proof4后，针对该货主的链上数据(以下用到的所有变量的定义链上部分定义相同，且均可在链上计算完成)，依次进行如下验证操作。
步骤1.调用验证范围证明模块，输入(A1,A2),proof1,若验证失败则拒绝此次交易。
步骤2.调用验证范围证明模块，输入(B1/A1,B2/A2),proof2,若验证失败则拒绝此次交易。
步骤3.调用验证范围证明模块，输入(D1,D2),proof3,若验证失败则拒绝此次交易。
步骤4.调用验证相等证明模块，输入(A1,A2,E2),proof4,若验证失败则拒绝此次交易。
若上述验证均通过，分别更新如下链上数据：
更新用户可用货物总量(B1,B2)←(B1/A1,B2/A2)
更新用户可用资金
Figure BDA0004072178360000111
以上，质押交易的过程完成。除质押交易外，该系统还支持如下其他操作：
此外还包括：
解密并查看操作：客户可以随时从链上获取该客户可用货物总量密文或可用资金密文，调用解密模块，得到该客户可用货物总量明文或可用资金明文并查看。
对于某一次质押交易的相关方，其可以从链上获取(A1,E2)，调用解密模块，输入公钥hA对应的私钥和(A1,E2)，得到此次交易货物数量的明文并查看。
对于链上的模块包括但不限于：
1.Algorithm 1作为加密模块，输入公钥h和明文m，输出密文为一个二元组(·,·)。
2.Algorithm 2作为解密模块，输入私钥x和密文(C,D)，输出明文m。
为了实现明文加法同态性，相比于直接对m进行加密，我们对g^m进行ElGamal加密，之后在m不大的情况下可以用特定算法通过g^m还原出m(图中提到的Baby-Giant Step算法是一种可选方案，其具体实现参加百度百科)。
Figure BDA0004072178360000121
3.Algorithm 8(调用子算法Algorithm 10，为区块链中的预设算法)作为生成范围证明模块，输入密文(C，D)和私钥x,输出一个证明proof，用于证明(C，D)对应的明文范围在[0,231]之间。需要注意的是，算法中用到的H()为哈希函数。
Figure BDA0004072178360000122
4.Algorithm 9(调用子算法Algorithm 11，为区块链中的预设算法)作为验证范围证明模块，输入密文(C，D)和对应的范围证明proof,输出一个布尔值表示验证是否被通过。
Figure BDA0004072178360000131
Figure BDA0004072178360000132
Figure BDA0004072178360000141
5.Algorithm 14作为生成相等证明模块，输入两个密文(C，D_a),(C，D_b)(两个密文的第一个元素相同),以及加密时所使用的随机数y,输出一个证明proof，用于证明两个密文对应的明文相同。
Figure BDA0004072178360000142
6.Algorithm 16作为验证相等证明模块，输入两个密文(C，D_a),(C，D_b)(两个密文的第一个元素相同)和对应的相等证明proof，输出一个布尔值表示验证是否被通过。
Figure BDA0004072178360000143
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务的数据处理方法，其中，所述数据处理方法包括：
在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；
在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；
如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
2.如权利要求1所述方法，其中，所述方法还包括：
预先在区块链上设立货物手续费率的数据库，同时按照明文存储每种货物的质押单价，并记为p1,…,pn，n为货物。
3.如权利要求2所述方法，其中，
所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：
链上的智能合约根据用户ID及质押品种，从链上获取所述用户的可用库存总量，在密文条件下验证质押数量小于等于可用货物总量；
所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：
如果验证成功，则更新所述可用货物总量＝原有可用库存总量-质押数量。
4.如权利要求2所述方法，其中，
所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据，包括：
根据货物品种在链上获取手续费率，并在加密情况下判断：质押重量*手续费率<＝可用资金，其中不同质押品种可能收取不同的手续费；
所述如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金，包括：
如验证成功更新所述用户的可用资金。
5.如权利要求1所述方法，其中，所述方法还包括：
用户每次提交质押操作，可选择业务相关银行、交易所、仓库和监管方进行解密查看。
6.如权利要求1所述方法，其中，所述在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据之后，还包括：
如果验证未通过，则拒绝质押请求。
7.如权利要求1所述方法，其中，所述方法还包括：
用户从链上获取该用户可用货物总量密文或可用资金密文，得到该用户可用货物总量明文或可用资金明文并查看。
8.一种基于区块链和零知识证明的质押融资业务的数据处理装置，其中，所述数据处理装置包括：
加密以及生成模块，用于在链下根据初始化可用货物总量以及初始化可用资金的明文，生成对应的预设密文以及所述预设密文对应的零知识证明，其中，相同质押数量的明文每次加密得到预设密文的结果均不相同；
验证模块，用于在链上响应于质押请求，验证用户的链上数据；
更新模块，用于如果验证通过，则更新所述链上数据中的用户可用货物重量以及用户可用资金。
9.一种电子设备，包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行所述权利要求1～7之任一所述方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行所述权利要求1～7之任一所述方法。
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