KR20080042664A - 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및장치 - Google Patents

무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및 장치에 관한 것으로, 무선 통신 환경에서 메시지 전문(電文) 통신의 암/복호를 수행하는 암호/복호 장치의 암/복호 통신 상태를 감추기 위해, 전문통신 단말로부터 수신된 평문을 암호화하여 암호문을 생성하는 단계와; 상기 암호문이 없는 경우에는 난수 데이터를 생성하는 단계와; 상기 암호문 및 상기 난수 데이터로 구성되는 비트스트림을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
메시지 전문 통신, 암호통신, 은닉, 전문 암호, 난수발생기, 동기 패턴 생성, 오류정정부호, 동기 패턴 검출, 동기 획득, 전문 복호, 동기 프레임, 무선모뎀, BCH, IDLE

Description

무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및 장치{HIDING METHOD AND APPARATUS FOR A MESSAGE CIPHER COMMUNICATIONS ON RADIO CHANNEL}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문 통신에서 암호 은닉하기 위한 시스템 구성을 나타낸 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 암호통신 비트스트림의 구성을 나타낸 데이터 포맷도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 암호문 송신 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 암호문 수신 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문을 송신하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문을 수신하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 BCH 코딩을 채택한 동기 프레임의 데이터 포맷을 나타낸 데이터 포맷도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
31: 동기 패턴 생성부 32: 오류 정정 부호부
33: 전문 암호 처리부 34: 난수 발생부
35: 변조기 41: 복조기
42: 동기 패턴 검출부 43: 오류 정정 복호부
44: 전문 복호 처리부
본 발명은 암호문 송신/수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 환경에서 메시지 전문(電文) 통신의 암/복호를 수행하는 암호/복호 장치의 암/복호 통신 상태를 감추기 위한 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및 장치에 관한 것이다.
송신 과정에서는 암호문을 전송하기 전에 동기 패턴과 키정보를 삽입하여 전송하고, 전송할 메시지 전문이 없을 때에는 난수를 발생시켜 난수 데이터를 전송한다. 역으로 수신과정에서는 암호문인지 난수 데이터인지 알 수 없기 때문에 동기 패턴을 검출하여 암호문만 해독하기 위한 방법을 제안한 것이다. 본 발명에 따른 암호통신 은닉은 암호통신을 하고 있다는 자체를 도청하는 상대방에서 인지하지 못하도록 하기 위한 방법이다. 이를 통해 메시지 전문 보호뿐만 아니라 메시지 전문 통신 시간, 메시지 전문 크기, 통신 횟수, 수신 장비 위치 등의 주요 정보를 도청을 포함한 악의적 공격으로부터 보호할 수 있다.
종래의 암호통신 은닉 방법에 관한 기술은 신뢰할 수 있는 장치들 사이에 상호 인증 과정과 데이터 암/복호를 통해 이루어졌다. 암호통신 중임을 감추는 기술에 관한 방법은 새로운 것이기 때문에 본 발명의 의미가 크다고 할 수 있다.
암호통신은 반드시 동기 검출 및 동기 획득 과정이 선행되어야 정상적으로 암호장치가 암호통신을 수행할 수 있다. 또한 암호통신을 수행하기 위해서는 키 교환 과정이 선행되어야 공통의 암호키를 만들어 암호문을 해독할 수 있다. 본 발명에서도 공통의 암호키를 공유하기 위한 키 교환 과정과 동기 패턴 검출 과정을 갖추고 있다. 또한 키 교환시 중요한 키정보를 전송 오류로부터 보호하기 위해 오류정정부호를 사용하고 있다. 따라서 암호장치는 적용구간의 통신 환경에 따라 적절한 동기프레임 구조, 키 교환 알고리즘 및 오류정정부호 등을 채택하여 사용하고 있다.
본 발명은 메시지 전문 암호통신시 은닉 기능을 추가하여 종래의 보안 취약점을 해결하기 위해 제안한 방법으로써, 암호화하여 보낼 메시지 전문이 없는 휴면 상태에서도 암호통신 중과 같이 동작하도록 함으로써 암호통신 은닉을 이루었으며, 난수발생기를 통해 휴면 상태에서도 의미 없는 난수 데이터를 전송하도록 하였다. 수신 과정에서는 난수 정보인 난수 데이터는 버리고 암호전문만 수신하기 위해 동 기 패턴을 삽입한 동기 프레임 구조를 정의하여 사용함으로써 은닉기능을 갖춘 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 메시지 전문마다 동기정보와 함께 삽입한 키정보를 통해 암호키를 생성하기 때문에 암호 안전성을 부여할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 특히 다음의 예와 같은 적용 환경에서 암호통신 및 은닉이 가능하도록 고안하였다. 예를 들면, 첫째, 메시지 전문 통신은 반이중 통신을 지원해야 하고, 둘째, 전송 환경은 무선채널이며 전송 오류가 BER ≤ 10-2이며, 셋째, 메시지 전문을 암/복호하기 위해 비밀키 방식의 그룹키를 사용하는 환경에서 적용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법은 전문통신 단말로부터 수신된 평문을 암호화하여 암호문을 생성하는 단계와; 상기 암호문이 없는 경우에는 난수 데이터를 생성하는 단계와; 상기 암호문 및 상기 난수 데이터로 구성되는 비트스트림을 전송하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 환경의 메시지 전문 통신 에서 암호통신 은닉 방법은 비트스트림으로부터 난수 데이터와 암호문을 구별하기 위한 동기 패턴을 검출하여 동기 획득하는 단계와; 상기 동기 획득이 이루어진 경우에, 상기 비트스트림으로부터 키정보 및 암호문을 획득하는 단계와; 상기 키정보를 이용하여 상기 암호문을 평문으로 복호화하는 단계를 포함하되, 상기 비트스트림은 암호문과 난수 데이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 암호문 수신 방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 장치는, 전문통신 단말로부터 수신된 평문을 암호화하여 암호문을 생성하는 전문암호처리부와, 암호문이 없는 경우에 난수 데이터를 생성하는 난수발생부, 난수 데이터와 암호문을 구별하기 위한 동기 패턴을 생성하는 동기패턴생성부와, 난수 및 시간 정보를 이용하여 키정보를 생성하는 오류정정부호부와, 상기 전문 암호처리부로부터 암호 전문을 수신하거나, 전송할 암호문이 없을 경우 난수를 발생시킨 상기 난수발생부와 연결되어 키정보인 난수 값을 수신하여 상기 암호 전문 또는 상기 난수 값을 동기프레임 및 암호문을 무선 채널에 적합하게 신호를 비트스트림으로 변조하여 무선 전송하는 변조기와, 무선 환경에서 상기 변조기에 의해 변조된 비트스트림을 수신하여 복조하는 복조기와, 비트스트림으로부터 동기 패턴을 검출하는 동기패턴검출부와, 상기 비트스트림으로부터 키정보를 획득하는 오류정정복호부와, 상기 키정보를 이용하여 상기 비트스트림으로부터 추출된 암호문을 복호화하는 전문복호처리부를 포함하되, 동기 패턴은 상기 암호문이 없는 경우에 존재하는 난수 데이터와 상기 암호문을 구별하기 위해 상기 비트스트림에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우는 해당되는 발명의 상세한 설명 부분에서 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명은 메시지 전문 통신 적용망에서와 같이 전문통신 단말에서 보내온 평문 전문을 암호장치를 통해 암호화하여 무선 채널로 전송한다. 전문통신 단말에서 보내오는 전문이 없을 경우에는 암호통신 은닉을 위해 암호장치에서 난수발생기를 통해 만들어진 난수 데이터를 무선 채널로 내보낸다. 난수와 암호전문의 경계 구분을 위해 암호문을 전송할 경우에는 동기 프레임을 삽입하며, 동기 프레임에 해독을 위한 키정보를 삽입하여 전송한다. 위와 같은 동작을 수행하기 위해 암호문 송신 장치는 동기 패턴 생성부, 오류정정 부호부, 전문 암호처리부, 난수발생부를 포함한다. 암호문 수신 장치는 수신된 비트스트림에서 동기 패턴이 검출되는지를 감시하다가 동기 패턴이 검출되고, 동기가 획득되면 이후 수신된 키정보 값을 이용하여 암호문을 해독한다. 위와 같은 동작을 수행하기 위해 수신 장치는 동기 패턴 검출부, 오류정정 복호부 및 전문 복호처리부를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문 통신에서 암호 은닉하기 위한 시스템 구성을 나타낸 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 암호장치는 전문통신 단말과 무선모뎀 사이에 위치한다. 전문통신 단말과 암호장치는 메시지 전문 통신을 위해 RS-232C 규격을 이용할 수 있다. 또한 암호장치는 무선 채널에 암호문을 전송하기 때문에, 그룹키를 공유하고 있는 모든 대국 암호장치는 암호문을 해독할 수 있다. 여기서 암호통신은 브로드캐스트 방식을 이용할 수 있으며, 무선 전송 환경은 전송 오류가 BER ≤ 10-2인 환경을 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 암호통신 비트스트림의 구성을 나타낸 데이터 포맷도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 암호장치에서 무선 환경에 데이터를 전송함으로 인해 악의적 도청 장비는 암호통신을 도청하는지, 의미 없는 난수를 도청하고 있는지 구분할 수가 없게 된다. 이것이 본 발명에서 제안하는 암호통신의 은닉의 핵심이다. 암호 전문을 보내기 전에 동기프레임을 먼저 전송하게 되는데, 동기프레임은 난수와의 경계식별을 위한 동기 패턴과 암호문을 해독할 수 있는 키정보로 구성된다. 따라서 정의한 동기 패턴을 알고 있어야 암호전문을 정상적으로 수신할 수 있다. 본 발명의 동기 패턴은 16비트로 정의하며, 자기상관 특성이 우수한 패턴 중에서 임의로 정의하여 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 암호문 송신 장치의 구성을 나타낸 블록구성도이다. 도 3을 참조하면, 상기 송신 장치는 동기패턴 생성부(31), 오류정정 부호부(32), 전문 암호처리부(33), 난수발생부(34) 및 변조기(35)를 포함한다.
동기패턴 생성부(31)는 전문통신 단말로부터 들어오는 전문이 있을 경우 동기 패턴을 변조기(35)를 통해 무선 환경에 전송한다.
오류정정 부호부(32)는 키정보 값을 (15,7)BCH(Bose-Chadhuri-Hocquenghem) 인코딩하여 내보낸다. 여기서 키정보는 난수와 시간 정보이며, 암호장치는 그룹키를 사전에 가지고 있다고 가정한다. 난수와 시간 정보를 이용하여 초기값을 만들고, 암호 알고리즘 함수를 이용하여 동작키를 최종 생성한다.
전문 암호처리부(33)는 생성된 동작키를 사용하여 평문 전문을 암호화하여 암호전문을 생성하고, 이를 변조기(35)를 통해 무선 채널에 전송한다.
난수발생부(34)는 키정보인 난수 값을 생성하고, 또한 전송할 암호문이 없을 경우 난수를 발생시켜 무선 채널에 전송한다.
변조기(35)는 전문 암호처리부(33)가 생성된 동작키를 사용하여 평문 전문을 암호화하여 암호전문을 생성한 경우에는 변조기(35)가 연결되어 암호 전문을 수신한다. 한편, 변조기(35)는 전송할 암호문이 없을 경우 난수를 발생시킨 난수발생부(34)와 연결되어 키정보인 난수 값을 수신한다. 변조기(35)는 수신된 난수 값 또는 암호 전문을 무선 채널에 적합하게 신호를 비트스트림 형태로 변조하여 무선 전송한다. 또한 변조된 신호를 무선 채널에 보내기 위한 무전기를 포함한 송신소가 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 암호문 수신 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도이다. 도 4를 참조하면, 상기 수신 장치는 복조기(41), 동기패턴 검출부(42), 오류정정 복호부(43), 및 전문 복호처리부(44)를 포함한다.
먼저, 복조기(41)를 통해 데이터가 마찬가지로 무전기를 포함한 수신소를 통해 무선 환경에서 변조된 비트스트림을 수신한다.
동기 패턴 검출부(42)는 수신된 비트스트림에서 동기 패턴을 검출하는 기능을 수행한다. 동기 패턴이 검출되지 않으면, 전문이 없다고 할 수 있다.
오류정정 복호부(43)는 동기 패턴이 검출되고 동기 획득 판정이 이루어진 후 수신된 비트스트림을 키정보 값으로 판단하여 (15,7)BCH 디코딩을 수행하여 키정보 값인 난수와 시간 정보를 추출한다.
전문 복호처리부(44)는 추출된 키정보와 그룹키를 이용하여 동작키를 만들고, 이를 이용하여 수신되는 암호문을 복호하여 평문 전문으로 해독한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문을 송신하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 5를 참조하여 메시지 전문을 암호화하는 송신 절차를 살펴보면, 송신이 시작되면 우선 송신할 전문이 있는지를 판단하고(S54), 전문이 없으면 난수를 발생시키고(S51), 전문이 있으면 동기 패턴을 삽입한다(S55). 키정보는 무선 채널에 전송하기 전에 보낼 난수와 시간 정보를 포함한다. 난수와 시간 정보를 포함하는 키정보를 생성하고(S52), 이를 오류정정 인코딩하여(S53) 전송할 키정보 값을 생성한다. 키정보 값을 모두 송신한다. 오류 정정 인코딩된 키정보를 암호문에 삽입하여(S56), 동작키로 암호화된 암호문을 전송한다(S57). 암호문의 전송이 완료되면(S58) 송신 시작 위치인 S54로 이동하여 다음 메시지 전문이 수신될 때까지 난수를 발생시켜 무선 채널로 전송한다. 여기서 키정보 값은 메시지 전문마다 고유한 값이기 때문에 동작키는 전문을 보낼 때마다 새로 변경되어 안전한 암호문 전송이 이루어지도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 메시지 전문을 수신하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 6을 참조하여 메시지 전문을 암호화하는 수신 절차를 살펴보면, 수신이 시작되면 수신 데이터로부터 동기 패턴을 검출한다(S61).
동기 패턴이 검출되면 4번의 동기 패턴을 수신하여 3번 이상 동기 패턴이 정상 수신되었을 경우 동기 획득이라고 판정한다(S62).
S62에서 판단하여 동기가 획득되지 않으면 수신 전문으로부터 동기 패턴을 계속 검출하기 위하여 동기 패턴을 검출하는 단계인 S61로 리턴한다. S62에서 판단하여 동기가 획득되었으면, 수신된 데이터에서 키정보 값을 획득하여야 한다. 이를 위해 수신된 데이터를 오류정정 디코딩하여(S64) 전송된 키정보인 난수와 시간 정보를 획득한다(S65).
S65에서 획득한 키정보 값을 이용하여 해독에 사용할 동작키를 생성하고(S66) 수신된 암호문을 해독한다(S67). 전문 수신이 완료될 때까지 암호문 해독을 계속하고, 완료되면 다음 전문을 수신하기 위해 동기 패턴을 검출하는 S61로 리턴한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 BCH 코딩을 채택한 동기 프레임의 데이터 포맷을 나타낸 데이터 포맷도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명은 무선 전송 환경을 전송 오류가 BER ≤ 10-2인 경우에 이용될 수 있기 때문에, 이러한 무선 환경에 적합한 동기 프레임 구조 및 동기 방식을 제시한다.
동기 프레임 구조는 암호전문을 전송하기 전에 1st 동기프레임과 2nd 동기프레임을 2번 반복 전송한다. 하나의 동기 프레임 안에는 동기 패턴과 키정보(BCH(R), BCH(T))를 가지고 있다. 동기 패턴은 16비트 패턴을 4번 반복 전송하며, 키정보 값은 2비트 오류정정이 가능한 (15,7)BCH을 사용하여 난수(BCH(R))와 시간(BCH(T)) 정보를 보낸다. 본 발명에서는 난수 정보 64비트, 시간 정보도 64비트를 보낸다고 가정하였다. 동기 패턴 검출 판정은 16비트 동기 패턴 4번 중 3번 이상 정상 수신되었을 경우 동기 획득이라고 판정한다.
또한 키정보는 2번의 동기프레임 중 1 번 이상 정상 수신되었을 경우 정상 수신되었다고 판정한다. 동기 프레임 하나의 정보 총량은 192비트이며, 2비트 오류는 정정이 가능하기 때문에 1.04× 10-2 (=2/192) 만큼의 BER 한계치로 동작할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대하여 몇몇 실시예들을 들어 구체적으로 설명하였으나, 상기 실시예들은 본 발명을 이해하기 위한 설명을 위해 제시된 것이며, 본 발명의 범위가 상기 실시예에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않고도 다양한 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 해석되어야 할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 메시지 전문 암호장치가 암복호를 수행하면서 암호통신중임을 감추고자 IDLE 상태에서는 난수를 발생시킬 수 있도록 하였다. 또한 본 발명은 전송 오류가 심한 무선 환경에 적합한 동기프레임 구조와 동기 방식을 제공한다. BCH(15,7)을 채택하여 키정보 값을 전송하기 때문에 2비트 오류정정이 가능하고, 이를 바탕으로 암호통신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 신뢰성 있는 키교환을 이루기 위해 동기 패턴을 삽입한 동기 프레임을 2번 연속 보내도록 하였다. 본 발명은 메시지 전문 통신 뿐만 아니라 IDLE 상태로 존재하는 무선 전송 환경에 적합한 암호장치 구조와 그 통신 방법을 제공한다.

Claims (8)

  1. 전문통신 단말로부터 수신된 평문을 암호화하여 암호문을 생성하는 단계와;
    상기 암호문이 없는 경우에는 난수 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 암호문 및 상기 난수 데이터로 구성되는 비트스트림을 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 암호문을 생성하는 단계는
    상기 암호문 앞에 동기 프레임을 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동기 프레임은 상기 난수 데이터와 상기 암호문을 구별하기 위한 동기 패턴 및 암호문을 복호화하는데 이용되는 키정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 키정보는 난수 및 시간 정보를 오류 정정 인코딩하여 생성되는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  5. 비트스트림으로부터 난수 데이터와 암호문을 구별하기 위한 동기 패턴을 검출하여 동기 획득하는 단계와;
    상기 동기 획득이 이루어진 경우에, 상기 비트스트림으로부터 키정보 및 암호문을 획득하는 단계; 및
    상기 키정보를 이용하여 상기 암호문을 평문으로 복호화하는 단계를 포함하되,
    상기 비트스트림은 암호문과 난수 데이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 키정보는 상기 비트스트림으로부터 추출된 부호화된 키정보를 오류 정정 디코딩하여 획득되는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 암호문을 복호화하는 단계는
    상기 키정보 및 그룹키를 이용하여 동작키를 생성하고, 상기 동작키를 이용하여 상기 암호문을 평문으로 복호화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 방법.
  8. 전문통신 단말로부터 수신된 평문을 암호화하여 암호문을 생성하는 전문암호처리부와;
    상기 암호문이 없는 경우에 난수 데이터를 생성하는 난수발생부와;
    상기 난수 데이터와 암호문을 구별하기 위한 동기 패턴을 생성하는 동기패턴생성부와;
    난수 및 시간 정보를 이용하여 키정보를 생성하는 오류정정부호부와;
    상기 전문 암호처리부로부터 암호 전문을 수신하거나, 전송할 암호문이 없을 경우 난수를 발생시킨 상기 난수발생부와 연결되어 키정보인 난수 값을 수신하여 상기 암호 전문 또는 상기 난수 값을 동기프레임 및 암호문을 무선 채널에 적합하게 신호를 비트스트림으로 변조하여 무선 전송하는 변조기와;
    무선 환경에서 상기 변조기에 의해 변조된 비트스트림을 수신하여 복조하는 복조기와;
    비트스트림으로부터 동기 패턴을 검출하는 동기패턴검출부와;
    상기 비트스트림으로부터 키정보를 획득하는 오류정정복호부; 및
    상기 키정보를 이용하여 상기 비트스트림으로부터 추출된 암호문을 복호화하는 전문복호처리부를 포함하되,
    상기 동기 패턴은 상기 암호문이 없는 경우에 존재하는 난수 데이터와 상기 암호문을 구별하기 위해 상기 비트스트림에 삽입되는 것을 특징으로 하는 무선 환경의 메시지 전문 통신에서 암호통신 은닉 장치.
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