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https://github.com/libAthena/athena.git
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minor AES optimization
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Jack Andersen
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09e3d33ff2
commit
87306a18d8
294
src/aes.cpp
294
src/aes.cpp
@ -20,8 +20,6 @@ namespace Athena
|
|||||||
#define ROTL16(x) (((x)<<16)|((x)>>16))
|
#define ROTL16(x) (((x)<<16)|((x)>>16))
|
||||||
#define ROTL24(x) (((x)<<24)|((x)>>8))
|
#define ROTL24(x) (((x)<<24)|((x)>>8))
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||||||
|
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/* Fixed Data */
|
|
||||||
|
|
||||||
static const uint8_t InCo[4] = {0xB, 0xD, 0x9, 0xE}; /* Inverse Coefficients */
|
static const uint8_t InCo[4] = {0xB, 0xD, 0x9, 0xE}; /* Inverse Coefficients */
|
||||||
|
|
||||||
static inline uint32_t pack(const uint8_t* b)
|
static inline uint32_t pack(const uint8_t* b)
|
||||||
@ -51,9 +49,8 @@ static inline uint8_t xtime(uint8_t a)
|
|||||||
return a;
|
return a;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
class SoftwareAES : public IAES
|
static const struct SoftwareAESTables
|
||||||
{
|
{
|
||||||
protected:
|
|
||||||
uint8_t fbsub[256];
|
uint8_t fbsub[256];
|
||||||
uint8_t rbsub[256];
|
uint8_t rbsub[256];
|
||||||
uint8_t ptab[256], ltab[256];
|
uint8_t ptab[256], ltab[256];
|
||||||
@ -61,20 +58,134 @@ protected:
|
|||||||
uint32_t rtable[256];
|
uint32_t rtable[256];
|
||||||
uint32_t rco[30];
|
uint32_t rco[30];
|
||||||
|
|
||||||
/* Parameter-dependent data */
|
uint8_t bmul(uint8_t x, uint8_t y) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* x.y= AntiLog(Log(x) + Log(y)) */
|
||||||
|
if (x && y) return ptab[(ltab[x] + ltab[y]) % 255];
|
||||||
|
else return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
uint32_t SubByte(uint32_t a) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint8_t b[4];
|
||||||
|
unpack(a, b);
|
||||||
|
b[0] = fbsub[b[0]];
|
||||||
|
b[1] = fbsub[b[1]];
|
||||||
|
b[2] = fbsub[b[2]];
|
||||||
|
b[3] = fbsub[b[3]];
|
||||||
|
return pack(b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
uint8_t product(uint32_t x, uint32_t y) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* dot product of two 4-byte arrays */
|
||||||
|
uint8_t xb[4], yb[4];
|
||||||
|
unpack(x, xb);
|
||||||
|
unpack(y, yb);
|
||||||
|
return bmul(xb[0], yb[0])^bmul(xb[1], yb[1])^bmul(xb[2], yb[2])^bmul(xb[3], yb[3]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
uint32_t InvMixCol(uint32_t x) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* matrix Multiplication */
|
||||||
|
uint32_t y, m;
|
||||||
|
uint8_t b[4];
|
||||||
|
|
||||||
|
m = pack(InCo);
|
||||||
|
b[3] = product(m, x);
|
||||||
|
m = ROTL24(m);
|
||||||
|
b[2] = product(m, x);
|
||||||
|
m = ROTL24(m);
|
||||||
|
b[1] = product(m, x);
|
||||||
|
m = ROTL24(m);
|
||||||
|
b[0] = product(m, x);
|
||||||
|
y = pack(b);
|
||||||
|
return y;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
uint8_t ByteSub(uint8_t x) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
uint8_t y = ptab[255 - ltab[x]]; /* multiplicative inverse */
|
||||||
|
x = y;
|
||||||
|
x = ROTL(x);
|
||||||
|
y ^= x;
|
||||||
|
x = ROTL(x);
|
||||||
|
y ^= x;
|
||||||
|
x = ROTL(x);
|
||||||
|
y ^= x;
|
||||||
|
x = ROTL(x);
|
||||||
|
y ^= x;
|
||||||
|
y ^= 0x63;
|
||||||
|
return y;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
SoftwareAESTables()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* generate tables */
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
uint8_t y, b[4];
|
||||||
|
|
||||||
|
/* use 3 as primitive root to generate power and log tables */
|
||||||
|
|
||||||
|
ltab[0] = 0;
|
||||||
|
ptab[0] = 1;
|
||||||
|
ltab[1] = 0;
|
||||||
|
ptab[1] = 3;
|
||||||
|
ltab[3] = 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 2; i < 256; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
ptab[i] = ptab[i - 1] ^ xtime(ptab[i - 1]);
|
||||||
|
ltab[ptab[i]] = i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* affine transformation:- each bit is xored with itself shifted one bit */
|
||||||
|
|
||||||
|
fbsub[0] = 0x63;
|
||||||
|
rbsub[0x63] = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 1; i < 256; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
y = ByteSub((uint8_t)i);
|
||||||
|
fbsub[i] = y;
|
||||||
|
rbsub[y] = i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 0, y = 1; i < 30; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
rco[i] = y;
|
||||||
|
y = xtime(y);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* calculate forward and reverse tables */
|
||||||
|
for (i = 0; i < 256; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
y = fbsub[i];
|
||||||
|
b[3] = y ^ xtime(y);
|
||||||
|
b[2] = y;
|
||||||
|
b[1] = y;
|
||||||
|
b[0] = xtime(y);
|
||||||
|
ftable[i] = pack(b);
|
||||||
|
|
||||||
|
y = rbsub[i];
|
||||||
|
b[3] = bmul(InCo[0], y);
|
||||||
|
b[2] = bmul(InCo[1], y);
|
||||||
|
b[1] = bmul(InCo[2], y);
|
||||||
|
b[0] = bmul(InCo[3], y);
|
||||||
|
rtable[i] = pack(b);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} AEStb;
|
||||||
|
|
||||||
|
class SoftwareAES : public IAES
|
||||||
|
{
|
||||||
|
protected:
|
||||||
|
/* Parameter-dependent data */
|
||||||
int Nk, Nb, Nr;
|
int Nk, Nb, Nr;
|
||||||
uint8_t fi[24], ri[24];
|
uint8_t fi[24], ri[24];
|
||||||
uint32_t fkey[120];
|
uint32_t fkey[120];
|
||||||
uint32_t rkey[120];
|
uint32_t rkey[120];
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
uint8_t bmul(uint8_t x, uint8_t y);
|
|
||||||
uint32_t SubByte(uint32_t a);
|
|
||||||
uint8_t product(uint32_t x, uint32_t y);
|
|
||||||
uint32_t InvMixCol(uint32_t x);
|
|
||||||
uint8_t ByteSub(uint8_t x);
|
|
||||||
void gentables(void);
|
|
||||||
void gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key);
|
void gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key);
|
||||||
void _encrypt(uint8_t* buff);
|
void _encrypt(uint8_t* buff);
|
||||||
void _decrypt(uint8_t* buff);
|
void _decrypt(uint8_t* buff);
|
||||||
@ -85,124 +196,6 @@ public:
|
|||||||
void setKey(const uint8_t* key);
|
void setKey(const uint8_t* key);
|
||||||
};
|
};
|
||||||
|
|
||||||
uint8_t SoftwareAES::bmul(uint8_t x, uint8_t y)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
/* x.y= AntiLog(Log(x) + Log(y)) */
|
|
||||||
if (x && y) return ptab[(ltab[x] + ltab[y]) % 255];
|
|
||||||
else return 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
uint32_t SoftwareAES::SubByte(uint32_t a)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
uint8_t b[4];
|
|
||||||
unpack(a, b);
|
|
||||||
b[0] = fbsub[b[0]];
|
|
||||||
b[1] = fbsub[b[1]];
|
|
||||||
b[2] = fbsub[b[2]];
|
|
||||||
b[3] = fbsub[b[3]];
|
|
||||||
return pack(b);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
uint8_t SoftwareAES::product(uint32_t x, uint32_t y)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
/* dot product of two 4-byte arrays */
|
|
||||||
uint8_t xb[4], yb[4];
|
|
||||||
unpack(x, xb);
|
|
||||||
unpack(y, yb);
|
|
||||||
return bmul(xb[0], yb[0])^bmul(xb[1], yb[1])^bmul(xb[2], yb[2])^bmul(xb[3], yb[3]);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
uint32_t SoftwareAES::InvMixCol(uint32_t x)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
/* matrix Multiplication */
|
|
||||||
uint32_t y, m;
|
|
||||||
uint8_t b[4];
|
|
||||||
|
|
||||||
m = pack(InCo);
|
|
||||||
b[3] = product(m, x);
|
|
||||||
m = ROTL24(m);
|
|
||||||
b[2] = product(m, x);
|
|
||||||
m = ROTL24(m);
|
|
||||||
b[1] = product(m, x);
|
|
||||||
m = ROTL24(m);
|
|
||||||
b[0] = product(m, x);
|
|
||||||
y = pack(b);
|
|
||||||
return y;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
uint8_t SoftwareAES::ByteSub(uint8_t x)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
uint8_t y = ptab[255 - ltab[x]]; /* multiplicative inverse */
|
|
||||||
x = y;
|
|
||||||
x = ROTL(x);
|
|
||||||
y ^= x;
|
|
||||||
x = ROTL(x);
|
|
||||||
y ^= x;
|
|
||||||
x = ROTL(x);
|
|
||||||
y ^= x;
|
|
||||||
x = ROTL(x);
|
|
||||||
y ^= x;
|
|
||||||
y ^= 0x63;
|
|
||||||
return y;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void SoftwareAES::gentables(void)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
/* generate tables */
|
|
||||||
int i;
|
|
||||||
uint8_t y, b[4];
|
|
||||||
|
|
||||||
/* use 3 as primitive root to generate power and log tables */
|
|
||||||
|
|
||||||
ltab[0] = 0;
|
|
||||||
ptab[0] = 1;
|
|
||||||
ltab[1] = 0;
|
|
||||||
ptab[1] = 3;
|
|
||||||
ltab[3] = 1;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (i = 2; i < 256; i++)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
ptab[i] = ptab[i - 1] ^ xtime(ptab[i - 1]);
|
|
||||||
ltab[ptab[i]] = i;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* affine transformation:- each bit is xored with itself shifted one bit */
|
|
||||||
|
|
||||||
fbsub[0] = 0x63;
|
|
||||||
rbsub[0x63] = 0;
|
|
||||||
|
|
||||||
for (i = 1; i < 256; i++)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
y = ByteSub((uint8_t)i);
|
|
||||||
fbsub[i] = y;
|
|
||||||
rbsub[y] = i;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
for (i = 0, y = 1; i < 30; i++)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
rco[i] = y;
|
|
||||||
y = xtime(y);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/* calculate forward and reverse tables */
|
|
||||||
for (i = 0; i < 256; i++)
|
|
||||||
{
|
|
||||||
y = fbsub[i];
|
|
||||||
b[3] = y ^ xtime(y);
|
|
||||||
b[2] = y;
|
|
||||||
b[1] = y;
|
|
||||||
b[0] = xtime(y);
|
|
||||||
ftable[i] = pack(b);
|
|
||||||
|
|
||||||
y = rbsub[i];
|
|
||||||
b[3] = bmul(InCo[0], y);
|
|
||||||
b[2] = bmul(InCo[1], y);
|
|
||||||
b[1] = bmul(InCo[2], y);
|
|
||||||
b[0] = bmul(InCo[3], y);
|
|
||||||
rtable[i] = pack(b);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
void SoftwareAES::gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key)
|
void SoftwareAES::gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
/* blocksize=32*nb bits. Key=32*nk bits */
|
/* blocksize=32*nb bits. Key=32*nk bits */
|
||||||
@ -247,7 +240,7 @@ void SoftwareAES::gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key)
|
|||||||
|
|
||||||
for (j = Nk, k = 0; j < N; j += Nk, k++)
|
for (j = Nk, k = 0; j < N; j += Nk, k++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
fkey[j] = fkey[j - Nk] ^ SubByte(ROTL24(fkey[j - 1]))^rco[k];
|
fkey[j] = fkey[j - Nk] ^ AEStb.SubByte(ROTL24(fkey[j - 1]))^AEStb.rco[k];
|
||||||
|
|
||||||
if (Nk <= 6)
|
if (Nk <= 6)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
@ -259,7 +252,7 @@ void SoftwareAES::gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key)
|
|||||||
for (i = 1; i < 4 && (i + j) < N; i++)
|
for (i = 1; i < 4 && (i + j) < N; i++)
|
||||||
fkey[i + j] = fkey[i + j - Nk] ^ fkey[i + j - 1];
|
fkey[i + j] = fkey[i + j - Nk] ^ fkey[i + j - 1];
|
||||||
|
|
||||||
if ((j + 4) < N) fkey[j + 4] = fkey[j + 4 - Nk] ^ SubByte(fkey[j + 3]);
|
if ((j + 4) < N) fkey[j + 4] = fkey[j + 4 - Nk] ^ AEStb.SubByte(fkey[j + 3]);
|
||||||
|
|
||||||
for (i = 5; i < Nk && (i + j) < N; i++)
|
for (i = 5; i < Nk && (i + j) < N; i++)
|
||||||
fkey[i + j] = fkey[i + j - Nk] ^ fkey[i + j - 1];
|
fkey[i + j] = fkey[i + j - Nk] ^ fkey[i + j - 1];
|
||||||
@ -275,7 +268,7 @@ void SoftwareAES::gkey(int nb, int nk, const uint8_t* key)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
k = N - Nb - i;
|
k = N - Nb - i;
|
||||||
|
|
||||||
for (j = 0; j < Nb; j++) rkey[k + j] = InvMixCol(fkey[i + j]);
|
for (j = 0; j < Nb; j++) rkey[k + j] = AEStb.InvMixCol(fkey[i + j]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for (j = N - Nb; j < N; j++) rkey[j - N + Nb] = fkey[j];
|
for (j = N - Nb; j < N; j++) rkey[j - N + Nb] = fkey[j];
|
||||||
@ -313,10 +306,10 @@ void SoftwareAES::_encrypt(uint8_t* buff)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
/* deal with each 32-bit element of the State */
|
/* deal with each 32-bit element of the State */
|
||||||
/* This is the time-critical bit */
|
/* This is the time-critical bit */
|
||||||
y[j] = fkey[k++] ^ ftable[(uint8_t)x[j]] ^
|
y[j] = fkey[k++] ^ AEStb.ftable[(uint8_t)x[j]] ^
|
||||||
ROTL8(ftable[(uint8_t)(x[fi[m]] >> 8)])^
|
ROTL8(AEStb.ftable[(uint8_t)(x[fi[m]] >> 8)])^
|
||||||
ROTL16(ftable[(uint8_t)(x[fi[m + 1]] >> 16)])^
|
ROTL16(AEStb.ftable[(uint8_t)(x[fi[m + 1]] >> 16)])^
|
||||||
ROTL24(ftable[(uint8_t)(x[fi[m + 2]] >> 24)]);
|
ROTL24(AEStb.ftable[(uint8_t)(x[fi[m + 2]] >> 24)]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
t = x;
|
t = x;
|
||||||
@ -327,10 +320,10 @@ void SoftwareAES::_encrypt(uint8_t* buff)
|
|||||||
/* Last Round - unroll if possible */
|
/* Last Round - unroll if possible */
|
||||||
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
y[j] = fkey[k++] ^ (uint32_t)fbsub[(uint8_t)x[j]] ^
|
y[j] = fkey[k++] ^ (uint32_t)AEStb.fbsub[(uint8_t)x[j]] ^
|
||||||
ROTL8((uint32_t)fbsub[(uint8_t)(x[fi[m]] >> 8)])^
|
ROTL8((uint32_t)AEStb.fbsub[(uint8_t)(x[fi[m]] >> 8)])^
|
||||||
ROTL16((uint32_t)fbsub[(uint8_t)(x[fi[m + 1]] >> 16)])^
|
ROTL16((uint32_t)AEStb.fbsub[(uint8_t)(x[fi[m + 1]] >> 16)])^
|
||||||
ROTL24((uint32_t)fbsub[(uint8_t)(x[fi[m + 2]] >> 24)]);
|
ROTL24((uint32_t)AEStb.fbsub[(uint8_t)(x[fi[m + 2]] >> 24)]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for (i = j = 0; i < Nb; i++, j += 4)
|
for (i = j = 0; i < Nb; i++, j += 4)
|
||||||
@ -368,10 +361,10 @@ void SoftwareAES::_decrypt(uint8_t* buff)
|
|||||||
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
/* This is the time-critical bit */
|
/* This is the time-critical bit */
|
||||||
y[j] = rkey[k++] ^ rtable[(uint8_t)x[j]] ^
|
y[j] = rkey[k++] ^ AEStb.rtable[(uint8_t)x[j]] ^
|
||||||
ROTL8(rtable[(uint8_t)(x[ri[m]] >> 8)])^
|
ROTL8(AEStb.rtable[(uint8_t)(x[ri[m]] >> 8)])^
|
||||||
ROTL16(rtable[(uint8_t)(x[ri[m + 1]] >> 16)])^
|
ROTL16(AEStb.rtable[(uint8_t)(x[ri[m + 1]] >> 16)])^
|
||||||
ROTL24(rtable[(uint8_t)(x[ri[m + 2]] >> 24)]);
|
ROTL24(AEStb.rtable[(uint8_t)(x[ri[m + 2]] >> 24)]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
t = x;
|
t = x;
|
||||||
@ -382,10 +375,10 @@ void SoftwareAES::_decrypt(uint8_t* buff)
|
|||||||
/* Last Round - unroll if possible */
|
/* Last Round - unroll if possible */
|
||||||
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
for (m = j = 0; j < Nb; j++, m += 3)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
y[j] = rkey[k++] ^ (uint32_t)rbsub[(uint8_t)x[j]] ^
|
y[j] = rkey[k++] ^ (uint32_t)AEStb.rbsub[(uint8_t)x[j]] ^
|
||||||
ROTL8((uint32_t)rbsub[(uint8_t)(x[ri[m]] >> 8)])^
|
ROTL8((uint32_t)AEStb.rbsub[(uint8_t)(x[ri[m]] >> 8)])^
|
||||||
ROTL16((uint32_t)rbsub[(uint8_t)(x[ri[m + 1]] >> 16)])^
|
ROTL16((uint32_t)AEStb.rbsub[(uint8_t)(x[ri[m + 1]] >> 16)])^
|
||||||
ROTL24((uint32_t)rbsub[(uint8_t)(x[ri[m + 2]] >> 24)]);
|
ROTL24((uint32_t)AEStb.rbsub[(uint8_t)(x[ri[m + 2]] >> 24)]);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
for (i = j = 0; i < Nb; i++, j += 4)
|
for (i = j = 0; i < Nb; i++, j += 4)
|
||||||
@ -399,12 +392,11 @@ void SoftwareAES::_decrypt(uint8_t* buff)
|
|||||||
|
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||||||
void SoftwareAES::setKey(const uint8_t* key)
|
void SoftwareAES::setKey(const uint8_t* key)
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||||||
{
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{
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||||||
gentables();
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||||||
gkey(4, 4, key);
|
gkey(4, 4, key);
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||||||
}
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}
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||||||
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||||||
// CBC mode decryption
|
// CBC mode decryption
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||||||
void SoftwareAES::decrypt(const uint8_t* iv, const uint8_t* inbuf, uint8_t* outbuf, uint64_t len)
|
void SoftwareAES::decrypt(const uint8_t* iv, const uint8_t* inbuf, uint8_t* outbuf, size_t len)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
uint8_t block[16];
|
uint8_t block[16];
|
||||||
const uint8_t* ctext_ptr;
|
const uint8_t* ctext_ptr;
|
||||||
|
|||||||
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