DE10103972B4 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Erzeugung von Zufallszahlen - Google Patents

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Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Sicherungssystem mittels eines Pseudozufallsgenerators (10), der mit einem flüchtigen Speicher (12), einem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher (14) und wenigstens einem Zufallszahlen-Schieberegister (16) versehen ist, wobei während des normalen Betriebs im flüchtigen Speicher (14) enthaltene Werte für das Schieberegister (16) verwendet werden und der Inhalt des Schieberegister (16) jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl in den nichtflüchtigen Speicher (14) eingeschrieben wird, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist, und wobei mit jedem Rücksetzen des Sicherungssystems der im nichtflüchtigen Speicher (14) gespeicherte Wert in das wenigstens eine Zufallszahlen-Schieberegister (16) geladen und in einem Leerlaufbetrieb des Pseudozufallsgenerators (10) eine Anzahl N nicht für das Sicherungssystem genutzter Zufallszahlen erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Sicherungssystem mittels eines Pseudozufallsgenerators.
  • Zuverlässige Zufallszahlen werden häufig in integrierten sogenannten "Body & Security"-Anwendungen, z.B. für mit Berechtigungscodes arbeitende Verfahren im Zusammenhang mit beispielsweise Imobilizer-Systemen, d.h. insbesondere elektronische Wegfahrsperren, oder Systemen für einen schlüssellosen Zugang, benötigt.
  • Bei der Verwendung eines Pseudozufallsgenerators müssen nach jeder Erzeugung einer jeweiligen Zufallszahl die Werte dessen interner Schieberegister in einem nichtflüchtigen Speicher (z.B. EEPROM, Flash-Memory, usw.) gespeichert werden. Damit soll vermieden werden, daß nach einem unerwarteten Zurücksetzen beispielsweise im Anschluß an eine Unterbrechung der Spannungsversorgung Zufallszahlenfolgen wiederholt werden, was die Sicherheit der Berechtigungscodes beeinträchtigen und den Sicherheitsstandard wieder auf das Niveau verringern würde, wie es bei den relativ unsicheren Festcode-Systemen der Fall ist.
  • Es besteht nun das Problem, daß bei nichtflüchtigen Speichern wie z.B. einem internen EEPROM die Zahl der möglichen Schreibzyklen begrenzt ist. In bestimmten Fällen kann diese maximal mögliche Anzahl von Schreibzyklen kleiner sein als die während des berechneten Lebenszyklus der betreffenden Anwendung zu erzeugende Anzahl von Zufallszahlen. Mit einer entsprechenden Verringerung der Anzahl von Schreibzugriffen besteht nun aber die Gefahr, daß nach einem jeweiligen Zurücksetzen auf eine Unterbrechung der Energieversorgung hin bestimmte Zufallszahlen wiederholt werden.
  • Bei einem aus der US-A-4 718 041 bekannten Verfahren zur Verlängerung des Lebenszyklus eines EEPROMs wird nach Erreichen einer vorgegebenen kritischen Anzahl von Schreibzugriffen die Programmierspannung erhöht.
  • Bei einem aus der EP-A-0 455 238 bekannten Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer eines EEPROMs wird die Anzahl der Schreibvorgänge dadurch reduziert, daß neue Daten nur dann in das EEPROM eingeschrieben werden, wenn sie sich von den bereits gespeicherten Daten unterscheiden.
  • Aus der WO 95/12940 ist ein Verfahren zur Synchronisierung von Sender und Empfänger eines Systems für einen schlüssellosen Zugang bekannt, bei dem aus den genannten Gründen auf einen programmierbaren Festwertspeicher vollständig verzichtet und bei einer jeweiligen Neusynchronisation vor der Bereitstellung der ersten verwendbaren Zufallszahl eine Kontrollzahl oder Quersumme für den betreffenden Berechtigungscode berechnet und mit einer zuvor gespeicherten Kontrollzahl verglichen wird.
    •
  • Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen die zuvor genannten Probleme beseitigt sind und trotz Verwendung eines hinsichtlich der Speicherzyklen eingeschränkten programmierbaren Festwertspeichers eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Sicherungssystem mittels eines Pseudozufallsgenerators vorgeschlagen, der mit einem flüchtigen Speicher, einem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher und wenigstens einem Zufallszahlen-Schieberegister versehen ist, wobei während des normalen Betriebs im flüchtigen Speicher enthaltene Werte für das Schieberegister verwendet werden und der Inhalt des Schieberegister jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben wird, wobei N eine ganze Zahl größer λ ist, und wobei mit jedem Rücksetzen des Sicherungssystems der im nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Wert in das wenigstens eine Zufallszahlen-Schieberegister geladen und in einem Leerlaufbetrieb des Pseudozufallsgenerators eine Anzahl N nicht für das Sicherungssystem genutzter Zufallszahlen erzeugt wird. Dabei wird die Zahl N vorzugsweise in Abhängigkeit von der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt.
  • Aufgrund dieser Ausbildung wird trotz der Verwendung eines hinsichtlich der Speicherzyklen eingeschränkten programmierbaren Festwertspeichers bei hoher Zuverlässigkeit der erzeugten Zufallszahlen eine lange Lebens dauer des Zufallsgenerators erreicht. Trotz des eingeschränkten Schreibzugriffs auf einen nichtflüchtigen Speicher ist die Erzeugung von sicheren, sich nicht wiederholenden Pseudozufallszahlenfolgen möglich.
  • Die Zahl N wird vorzugsweise größer oder gleich dem Verhältnis A/B zwischen der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt. Die Lebensdauer des Sicherungssystemsist somit praktisch unabhängig von der Zahl der möglichen Schreibzyklen des programmierbaren nichtflüchtigen Speichers.
  • Notwendig ist, daß nach dem N-fachen Leerlauf des Zufallsgenerators beim Systemstart der Inhalt des Schieberegisters in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben wird, bevor die erste angeforderte Zufallszahl für das Sicherungssystem genutzt wird.
  • Vorzugsweise wird während des normalen Betriebs der nach dem Erzeugen einer jeweiligen Zufallszahl vorliegende, nicht in den nichtflüchtigen Speicher einzuschreibende Registerinhalt im flüchtigen Speicher belassen. Das Register besteht aus einem flüchtigen Speicher.
  • Sind mehrere Zufallszahlen-Schieberegister vorgesehen, so wird vorzugsweise nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl jeweils der Inhalt sämtlicher Schieberegister in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben, bevor die Zufallszahl verwendet wird.
  • Als nichtflüchtiger Speicher kann beispielsweise ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) verwendet werden. Dabei ist beispielsweise auch ein sogenanntes "Flash-Memory" verwendbar. Ein solches Flash-Memory kann als ein zwischen einem EPROM und einem EEPROM anzusiedelndes Bauelement angesehen werden. Es ist zwar wie ein EEPROM elektrisch löschbar, jedoch wie ein EPROM nicht byteweise, sondern nur als Ganzes auf einmal löschbar.
  • Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere nichtflüchtige programmierbare Speicher denkbar.
  • Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Anspruch 9 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung ist insbesondere bei sogenannten "body & Security"-Anwendungen einsetzbar. So ist beispielsweise eine Anwendung im Zusammenhang mit Berechtigungscodes verwendenden Imobilizer-Systemen und Systemen für einen schlüssellosen Zugang (keyless entry systems) denkbar.
    •
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:
  • 1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung einen Pseudozufallsgenerator einer Vorrichtung zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein Sicherungssystem insbesondere für Kraftfahrzeuge und
  • 2 ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Funktionsweise des Verfahrens.
  • 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstellung einen Pseudozufallsgenerator 10 einer Vorrichtung zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein Sicherungssystem insbesondere für Kraftfahrzeuge.
  • Der Pseudozufallsgenerator 10 umfaßt einen flüchtigen Speicher 12 (RAM), einen nichtflüchtigen programmierbaren Speicher 14 (z.B. EEPROM, Flash-EPROM, usw.), insbesondere mehrere Zufallszahlen-Schieberegister 16 sowie einen Registerspeicherzähler 18.
  • Die Zufallszahlen-Schieberegister 16 können durch entsprechende Hardware und/oder entsprechende Software verwirklicht sein. Dabei kann zwischen einzelnen Bits des betreffenden Bytes beispielsweise eine jeweilige exklusive OR-Funktion ausgeführt werden, z.B. so, wie dies in der WO 95/12940 beschrieben ist.
  • Wie sich insbesondere auch aus dem stark vereinfachten Ablaufdiagramm der 2 ergibt, werden während des normalen Betriebs, d.h. nach einem jeweiligen Zurücksetzen und Hochfahren des Sicherungssystems bzw. des Pseudozufallsgenerators 10, im flüchtigen Speicher 14 enthaltene Werte für die Zufallszahlen-Schieberegister 16 verwendet und der Inhalt dieser Schieberegister 16 jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl in den nichtflüchtigen Speicher 14 eingeschrieben.
  • Dabei ist N eine ganze Zahl größer 1 und vorzugsweise in Abhängigkeit von der während des Lebenszyklus des Pseudogenerators 10 oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher 14 vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt.
  • Mit jedem Rücksetzen des Sicherungssystems bzw. des Pseudozufallsgenerators 10 werden die im nichtflüchtigen Speicher 14 gespeicherten Werte in die Zufallszahlen-Schieberegister 16 geladen und in einem Leerlaufbetrieb des Pseudozufallsgenerators 10 eine Anzahl N nicht für das Sicherungssystem benutzter Zufallszahlen erzeugt.
  • Die Zahl N wird insbesondere größer oder gleich dem Verhältnis A/B zwischen der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators 10 oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher 14 vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt.
  • Nach einem jeweiligen Rücksetzen des Sicherungssystems wird der Inhalt der Schieberegister 16 vorzugsweise in den nichtflüchtigen Speicher 14 geschrieben, bevor die erste Zufallszahl für das Sicherungssystem genutzt wird.
  • Während des normalen Betriebs, d.h. nach einem jeweiligen Rücksetzen und Hochfahren des Systems sowie nach ggf. weiteren Initialisierungen einschließlich der Initialisierung des Pseudozufallsgenerators 10, wird der nach dem Erzeugen einer jeweiligen Zufallszahl vorliegende, nicht in den nichtflüchtigen Speicher 14 einzuschreibende Registerinhalt insbesondere im flüchtigen Speicher 12 belassen.
  • Sind wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Zufallszahlen-Schieberegister 16 vorgesehen, so wird nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl vorzugsweise jeweils der Inhalt sämtlicher Schieberegister 16 in den nichtflüchtigen Speicher 14 eingeschrieben. Auch beim dazwischen erfolgenden Einschreiben in den flüchtigen Speicher 12 kann jeweils der Inhalt aller Schieberegister 16 gespeichert werden.
  • Als nichtflüchtiger Speicher kann beispielsweise ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM), ein Flash-Memory oder dergleichen, verwendet werden. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere nichtflüchtige programmierbare Speicher denkbar.
  • Während des normalen Betriebs arbeitet der Pseudozufallsgenerator 10 somit mit den RAM-Werten seiner Schieberegister. Der jeweilige Inhalt der Schieberegisterwerte wird in dem nichtflüchtigen Speicher 14 jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl gespeichert, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist und in Abhängigkeit von der während des Lebenszyklus der betreffenden Anwendung zu erwartenden maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher 14 vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt ist. Beträgt die geschätzte Anzahl A von während der betreffenden Anwendung zu erzeugenden Zufallszahlen beispielsweise 30000 und ist die für den nichtflüchtigen Speicher 14 vorgegebene maximale Anzahl B möglicher Schreibzyklen beispielsweise 10000, so ist N beispielsweise größer oder gleich 3.
  • Nach einem jeweiligen Zurücksetzen wird der maximal N Zyklen alte Schieberegisterwert aus dem nichtflüchtigen Speicher 14 ausgelesen, woraufhin zur Vermeidung wiederholter Zufallszahlenfolgen der Pseudozufallsgenerator 10 zur Initialisierung N Leerlaufdurchgänge vollzieht. Dabei ist unter einem Leerlaufdurchgang zu verstehen, daß zwar Zufallszahlen berechnet, diese jedoch nicht verwendet werden. Danach werden die Werte der Zufallszahlen-Schieberegister 16 vorzugsweise während des normalen Betriebs in den nichtflüchtigen Speicher 14 eingeschrieben, bevor die Zufallszahl verwendet wird.
  • Wie auch anhand des stark vereinfachten Ablaufdiagramms der 2 zu erkennen ist, erfolgt nach einem Zurücksetzen und Hochfahren des Systems sowie ggf. nach einigen weiteren Initialisierungen zunächst eine Initialisierung des Pseudozufallsgenerators 10. Dabei werden die Zufallszahlen-Schieberegister 16 mit Werten aus dem nichtflüchtigen Speicher 14 geladen. Der Zufallszahlen-Registerspeicherzähler 18 wird auf N gesetzt, woraufhin N nicht verwendete Zufallszahlen berechnet werden.
  • Im sich daran anschließenden normalen Systembetrieb wird zunächst die jeweils erforderliche Zufallszahl berechnet, woraufhin der Zufallszahlen-Registerspeicherzähler 18 erhöht wird.
  • Im Anschluß daran wird überprüft, ob der Zufallszahlen-Registerspeicherzähler einen Wert größer oder gleich N aufweist. Falls dies nicht der Fall ist, wird die berechnete Zufallszahl verwendet. Andernfalls wird der Inhalt der Zufallszahlen-Schieberegister 16 in den nichtflüchtigen Speicher 14 (z.B. EEPROM oder dergleichen) eingeschrieben, woraufhin der Zufalls zahlen-Registerspeicherzähler 18 auf 0 zurückgesetzt wird, woraufhin die berechnete Zufallszahl verwendet werden kann.
  • Für den Fall, daß eine neue Zufallszahl benötigt wird, ergibt sich wieder der zuvor beschriebene normale Betriebsablauf, bei dem zunächst wieder eine jeweilige Zufallszahl berechnet wird.
    • 10
    Pseudozufallsgenerator
    12
    flüchtiger Speicher
    14
    nichtflüchtiger Speicher
    16
    Zufallszahlen-Schieberegister
    18
    Zufallszahlen-Registerspeicherzähler

Claims (16)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Sicherungssystem mittels eines Pseudozufallsgenerators (10), der mit einem flüchtigen Speicher (12), einem programmierbaren nichtflüchtigen Speicher (14) und wenigstens einem Zufallszahlen-Schieberegister (16) versehen ist, wobei während des normalen Betriebs im flüchtigen Speicher (14) enthaltene Werte für das Schieberegister (16) verwendet werden und der Inhalt des Schieberegister (16) jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl in den nichtflüchtigen Speicher (14) eingeschrieben wird, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist, und wobei mit jedem Rücksetzen des Sicherungssystems der im nichtflüchtigen Speicher (14) gespeicherte Wert in das wenigstens eine Zufallszahlen-Schieberegister (16) geladen und in einem Leerlaufbetrieb des Pseudozufallsgenerators (10) eine Anzahl N nicht für das Sicherungssystem genutzter Zufallszahlen erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N in Abhängigkeit von der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators (10) oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher (14) vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N größer oder gleich dem Verhältnis A/B zwischen der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators (10) oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher (14) vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem jeweiligen Rücksetzen des Sicherungssystems der Inhalt des Schieberegisters (16) in den nichtflüchtigen Speicher (14) geschrieben wird, bevor die erste Zufallszahl für das Sicherungssystem genutzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des normalen Betriebs der nach dem Erzeugen einer jeweiligen Zufallszahl vorliegende, nicht in den nichtflüchtigen Speicher (14) einzuschreibende Registerinhalt in dem flüchtigen Speicher (12) belassen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zufallszahlen-Schieberegister (16) vorgesehen sind und nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl jeweils der Inhalt sämtlicher Schieberegister (16) in den nichtflüchtigen Speicher (14) eingeschrieben wird, bevor die Zufallszahl verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtflüchtiger Speicher (14) ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtflüchtiger Speicher (14) ein Flash-Memory verwendet wird.
  9. Vorrichtung zur Erzeugung von Zufallszahlen für ein insbesondere für Kraftfahrzeuge bestimmtes Sicherungssystem, mit einem Pseudozufallsgenerator (10), der mit einem flüchtigen Speicher (12), einem nichtflüchtigen Speicher (14) und wenigstens einem Zufallszahlen-Schieberegister (16) versehen ist, wobei während des normalen Betriebs im flüchtigen Speicher (14) enthaltene Werte für das Schieberegister (16) verwendbar und der Inhalt des Schieberegister (16) jeweils nur nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl in den nichtflüchtigen Speicher (14) einschreibbar ist, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist, und wobei mit jedem Rücksetzen des Sicherungssystems der im nichtflüchtigen Speicher (14) gespeicherte Wert in das wenigstens eine Zufallszahlen-Schieberegister (16) ladbar und in einem Leerlaufbetrieb des Pseudozufallsgenerators (10) eine Anzahl N nicht für das Sicherungssystem genutzter Zufallszahlen erzeugbar ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N in Abhängigkeit von der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators (10) oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher (14) vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N größer oder gleich dem Verhältnis A/B zwischen der während des Lebenszyklus des Pseudozufallsgenerators (10) oder Sicherungssystems maximalen Anzahl A von zu erzeugenden Zufallszahlen und der für den nichtflüchtigen Speicher (14) vorgegebenen maximalen Anzahl B möglicher Schreibzyklen gewählt ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest nach einem jeweiligen Rücksetzen des Sicherungssystems der Inhalt des Schieberegisters (16) in den nichtflüchtigen Speicher (14) schreibbar ist, bevor die erste Zufallszahl für das Sicherungssystem genutzt wird.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß während des normalen Betriebs der nach dem Erzeugen einer jeweiligen Zufallszahl vorliegende, nicht in den nichtflüchtigen Speicher (14) einzuschreibende Registerinhalt in dem flüchtigen Speicher (12) belassen wird.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Pseudozufallsgenerator (10) mehrere Zufallszahlen-Schieberegister (16) umfaßt und nach jeder N-ten erzeugten Zufallszahl jeweils der Inhalt sämtlicher Schieberegister (16) in den nichtflüchtigen Speicher (14) einschreibbar ist, bevor die Zufallszahl verwendet wird.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtflüchtiger Speicher (14) ein elektrisch löschbarer Festwertspeicher (EEPROM) vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtflüchtiger Speicher (14) ein Flash-Memory vorgesehen ist.
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