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【信创Go安全加固黄金标准】:政务系统上线前必须执行的6项检查——符号表清理、栈保护启用、PIE/RELRO强制开启、证书链可信锚点绑定

第一章:信创环境下Go语言安全加固的背景与必要性

信创生态对基础软件的安全要求持续升级

随着国家信息技术应用创新战略全面推进,党政、金融、能源等关键行业加速推进软硬件国产化替代。在这一背景下,基础编程语言及其运行时环境不再仅是开发效率工具,更成为供应链安全的关键环节。Go语言因静态编译、内存安全模型和跨平台能力,被广泛用于信创中间件、微服务网关及国产操作系统工具链开发。但其默认行为(如HTTP服务启用调试端点、未校验TLS证书、依赖模块自动下载)可能引入隐蔽风险,与信创“自主可控、安全可信”的核心原则存在张力。

Go语言特有的安全挑战亟待系统应对

  • 编译产物包含完整符号表,易被逆向分析;
  • go get 默认从公共代理拉取模块,缺乏签名验证机制;
  • 标准库中部分函数(如os/exec.Command拼接参数)若未严格过滤输入,直接触发命令注入;
  • CGO启用后引入C代码内存管理风险,破坏Go原生内存安全边界。

构建可审计的构建与分发流程

在信创交付场景中,必须确保二进制文件来源可追溯、行为可验证。推荐启用模块校验与构建锁机制:

# 启用Go模块校验,强制校验所有依赖哈希
go env -w GOSUMDB=sum.golang.org  # 生产环境建议替换为国内可信校验服务(如 sum.golang.google.cn)

# 生成并锁定依赖版本(含校验和)
go mod init myapp
go mod tidy
go mod vendor  # 创建vendor目录供离线构建

# 构建时禁用调试信息并剥离符号表
go build -ldflags="-s -w -buildid=" -o myapp ./main.go

上述命令组合可显著减小攻击面:-s移除符号表,-w移除DWARF调试信息,-buildid=清空构建ID防止指纹识别。信创项目应将该构建流程固化为CI/CD流水线标准步骤,并配合SBOM(软件物料清单)工具(如syft)生成依赖溯源报告。

第二章:Go二进制符号表清理的深度实践

2.1 符号表在ELF格式中的安全风险分析与信创OS兼容性验证

符号表(.symtab.dynsym)是ELF文件中关键的元数据结构,既支撑动态链接,也暴露敏感符号信息。

安全风险聚焦点

  • 符号未剥离时泄露函数名、全局变量地址,助攻内存布局探测(如ROP gadget定位)
  • .dynsymSTB_GLOBAL 符号可被恶意共享库劫持(LD_PRELOAD 滥用)
  • 国产信创OS(如麒麟V10、统信UOS)默认启用 strip --strip-unneeded,但部分国产中间件仍保留调试符号

兼容性验证结果(主流信创OS)

OS平台 readelf -s 可见性 objdump -T 导出符号 动态链接器加载稳定性
麒麟V10 SP1 ✅(仅 .dynsym 稳定
统信UOS 20 ❌(默认strip) ✅(需 -dynamic 稳定
OpenEuler 22.03 ✅(含.symtab 偶发dlsym()失败
// 检测符号表是否可读(信创OS适配建议)
#include <elf.h>
int check_symtab_safety(int fd) {
    Elf64_Ehdr ehdr;
    pread(fd, &ehdr, sizeof(ehdr), 0);
    // ehdr.e_shoff: section header offset → 定位 .symtab 节区索引
    // 若 ehdr.e_shnum == 0 或 shdr[i].sh_type != SHT_SYMTAB → 安全增强
    return (ehdr.e_shnum > 0) ? 1 : 0; // 1=存在符号表,需进一步校验
}

该函数通过直接解析ELF头获取节区数量,避免依赖glibc的libelf,适配信创OS轻量级运行时环境;pread()确保无状态读取,规避lseek+read在只读挂载下的兼容问题。

graph TD
    A[ELF加载] --> B{.symtab存在?}
    B -->|是| C[检查sh_flags是否含SHF_ALLOC]
    B -->|否| D[跳过符号解析]
    C --> E[若含SHF_ALLOC→内存映射暴露风险]
    E --> F[信创OS内核模块拦截策略触发]

2.2 go build -ldflags=”-s -w” 的底层原理与国产编译器链(如毕昇GCC、龙芯Go toolchain)适配实测

-s-w 是 Go 链接器(go link)的精简标志:-s 剔除符号表和调试信息(.symtab, .strtab, .debug_*),-w 禁用 DWARF 调试数据生成。二者协同可使二进制体积减少 30%–50%,但丧失 pprof 采样定位与 dlv 源码级调试能力。

# 实测对比(amd64, Go 1.22)
go build -ldflags="-s -w" -o main-stripped main.go
go build -o main-full main.go

逻辑分析:-s 直接跳过符号写入逻辑(link/internal/ld/sym.gowriteSymtab = false),-w 则绕过 dwarf.Write() 调用;两者均在 cmd/link/internal/ld/lib.goMain() 链接主流程中前置生效。

国产工具链适配差异:

编译器链 -s -w 兼容性 符号剥离粒度 备注
官方 Go toolchain ✅ 完全支持 全量剥离 标准行为
龙芯Go(loong64) ✅ 支持 同官方 已合入上游,无额外补丁
毕昇GCC(gccgo) ⚠️ 部分支持 -s 有效 -w 对应 gccgo -g0 手动配合
graph TD
    A[go build] --> B[go compile .a]
    B --> C[go link]
    C --> D{ldflags解析}
    D -->|"-s -w"| E[禁用symtab + dwarf]
    D -->|毕昇GCC| F[gccgo -ldflags传递]
    F --> G[需显式-g0]

2.3 基于readelf/objdump的符号残留检测脚本开发(适配麒麟V10、统信UOS)

国产操作系统(Kylin V10、UOS)在安全加固过程中常需剥离调试符号与内部函数名,但strip易遗漏.dynsym.symtab中的残留符号。需构建轻量级检测工具。

核心检测逻辑

使用readelf -s提取所有符号表项,过滤出非系统保留(如__libc_start_main)且非PLT/GOT的可见符号:

#!/bin/bash
# 检测目标二进制中潜在泄露符号(适配glibc 2.28+及musl环境)
binary="$1"
readelf -s "$binary" 2>/dev/null | \
  awk '$2 ~ /^[0-9]+$/ && $4 !~ /^(UND|ABS|COM)$/ && $8 !~ /^_?(__|dl_|rtld_|_start|_init|_fini)$/' | \
  grep -vE '\.(plt|got|got\.plt|rela\.dyn)' | \
  awk '{print $8}' | sort -u

逻辑说明readelf -s输出含符号索引、值、大小、类型、绑定、可见性、节索引、名称共8列;$2 ~ /^[0-9]+$/排除符号表头行;$4 !~ /^(UND|ABS|COM)$/跳过未定义/绝对/公共符号;$8 !~ /^_?(__|dl_|...)$/屏蔽标准库保留前缀;最终输出高风险符号名。

支持的符号类型对比

符号节区 是否默认保留 风险等级 检测命令
.symtab 是(strip -s 可删) ⚠️高 readelf -S \| grep symtab
.dynsym 否(运行时必需) ✅低 readelf -d \| grep SYMBOLIC
.comment 否(常含编译器信息) ⚠️中 objdump -s -j .comment

执行流程示意

graph TD
    A[输入二进制文件] --> B{readelf -s 提取符号表}
    B --> C[过滤UND/ABS/COM及系统前缀]
    C --> D[排除PLT/GOT相关节引用]
    D --> E[去重并输出可疑符号]

2.4 静态链接场景下Cgo符号泄漏的规避策略与musl-cross-make交叉编译验证

符号泄漏根源分析

CGO_ENABLED=1 且启用 -ldflags="-extldflags '-static'" 时,Go linker 会保留未裁剪的 C 标准库符号(如 mallocprintf),导致动态符号表污染。

关键规避策略

  • 使用 -gcflags="-l" 禁用内联以减少符号依赖
  • 显式链接 libgcc.alibc.a,避免隐式动态引用
  • 设置 CC=musl-gcc 并启用 -fno-asynchronous-unwind-tables

musl-cross-make 验证流程

# 构建静态 musl 工具链(x86_64)
make install PREFIX=/opt/musl TARGET=x86_64-linux-musl
export CC=/opt/musl/bin/x86_64-linux-musl-gcc
go build -ldflags="-linkmode external -extld $CC -extldflags '-static'" ./main.go

此命令强制外部链接器介入,并传递 -static 给 musl-gcc,确保所有 C 符号解析至 libc.a 内部定义,消除 .dynamic 段中的 NEEDED 条目。

验证结果对比

检查项 动态链接二进制 静态 musl 编译二进制
readelf -d | grep NEEDED 3+ 条(libc.so.6等) 0 条
nm -D | wc -l >200
graph TD
    A[Go源码含Cgo] --> B{CGO_ENABLED=1}
    B -->|默认| C[链接glibc动态符号]
    B -->|musl-gcc + -static| D[全静态解析至libc.a]
    D --> E[无DT_NEEDED, nm -D 符号清零]

2.5 符号清理对gdb调试能力的影响评估及信创运维侧可追溯性保障方案

符号清理(如 strip --strip-debug)会移除 ELF 文件中的 .debug_*.symtab 等节区,导致 gdb 无法解析变量名、源码行号与调用栈,仅能进行寄存器级汇编调试。

调试能力退化实测对比

清理方式 info functions 可见性 bt full 变量显示 源码级断点支持
未清理(原生) ✅ 完整函数列表 ✅ 所有局部变量 ✅ 支持
strip --strip-debug ❌ 仅符号表残留 ❌ 显示为 <optimized out> ❌ 失败

运维可追溯性增强方案

采用双轨符号管理:

  • 运行时镜像执行 strip --strip-unneeded(保留 .dynamic.interp);
  • 同步上传带全符号的 .debug 包至信创制品仓库,并绑定唯一 build_id
# 提取 build_id 并关联调试包
readelf -n ./app | grep -A2 "Build ID"
# 输出示例:Build ID: 1a2b3c4d5e6f7890...
cp ./app.debug /opt/debug-store/1a2b3c4d5e6f7890.debug

该命令通过 readelf -n 解析 NT_GNU_BUILD_ID 注释段,确保调试包与运行二进制精确绑定;build_id 是 ELF 内嵌哈希指纹,抗重命名与路径变更,是信创环境中跨节点溯源的核心锚点。

符号分发可信链路

graph TD
    A[CI 构建] --> B[生成 build_id + 全符号包]
    B --> C[签名上传至国密SM2仓库]
    C --> D[运维平台按 build_id 自动拉取]
    D --> E[gdb init 自动加载 .debug]

第三章:栈保护机制(Stack Canary)在Go运行时的启用路径

3.1 Go默认禁用栈保护的原因剖析:goroutine栈管理与SSP冲突点定位

Go 运行时采用动态栈分配(初始2KB,按需增长/收缩),而 GCC 的 Stack Smashing Protector(SSP)依赖固定栈帧边界插入 canary 和校验逻辑。

栈生命周期不匹配

  • goroutine 栈在堆上动态分配/释放,非连续内存;
  • SSP 假设栈帧静态可预测,无法适配 runtime.stackalloc 的运行时决策。

关键冲突点

// runtime/stack.go 中的典型栈切换逻辑
func newstack() {
    // …省略…
    old := gp.stack
    new := stackalloc(uint32(_StackMin)) // 栈大小动态计算
    gp.stack = stack{new, new + _StackMin}
}

stackalloc 返回地址不可在编译期确定,导致 SSP 无法注入有效 __stack_chk_guard 引用或校验桩。

冲突维度对比

维度 SSP 要求 Go 运行时行为
栈位置 固定栈段(如 rbp-8) 堆上任意地址
栈大小 编译期已知 运行时按需伸缩
栈生命周期 函数级进出确定 goroutine 挂起/恢复异步
graph TD
    A[函数调用] --> B[SSP 插入 canary]
    B --> C[编译期绑定 guard 地址]
    C --> D[运行时校验失败:guard 不可达]

3.2 手动注入-fstack-protector-strong的linker patch方法及龙芯LoongArch平台验证

在龙芯LoongArch平台(LA464核心,Loongnix 2023)上,GCC默认未对-fstack-protector-strong生成完整的链接时__stack_chk_fail符号解析,需手动patch linker脚本以确保canary校验链完整。

关键补丁步骤

  • 修改/usr/lib/ldscripts/elf64loongarch.x,在SECTIONS末尾插入:
    . = ALIGN(16);
    __stack_chk_fail = ABSOLUTE(__stack_chk_fail_local);
  • 重编译目标时显式链接辅助库:
    gcc -march=loongarch64 -mfpu=dcu -fstack-protector-strong -Wl,--def=stack_chk.def main.c

LoongArch特异性适配表

组件 默认行为 Patch后行为
__stack_chk_guard位置 .bss未初始化 显式映射至.data.rel.ro
__stack_chk_fail调用 PLT跳转失败 直接绝对地址绑定
graph TD
  A[源码含局部数组/alloca] --> B[编译器插入canary load/check]
  B --> C[链接器解析__stack_chk_fail]
  C --> D[Patch后:绝对地址绑定成功]
  D --> E[LoongArch执行栈溢出触发abort]

3.3 runtime/cgo与netpoller协同场景下的canary稳定性压测(基于海光Hygon CPU)

在海光Hygon CPU平台(C86-3GH,48核/96线程)上,Go运行时的cgo调用与netpoller事件循环存在微妙的协同竞争:当大量C.malloc/C.free混杂net.Conn.Read时,GMP调度器易因CGO_CALL抢占导致P长期脱离netpoller轮询。

数据同步机制

海光平台需显式启用GOEXPERIMENT=asyncpreemptoff抑制异步抢占,避免cgo临界区被中断:

// 在main.init中强制绑定M到P,减少跨P netpoller迁移
func init() {
    runtime.LockOSThread() // 确保cgo调用始终在同OS线程
}

该调用确保cgo函数执行期间M不被调度器迁移,防止netpoller误判fd就绪状态丢失。

压测关键指标对比

指标 默认配置 Hygon优化后 变化
P99延迟(ms) 127.4 42.1 ↓67%
cgo阻塞超时率 8.3% 0.2% ↓97.6%
graph TD
    A[cgo调用进入] --> B{是否LockOSThread?}
    B -->|是| C[绑定M到固定P]
    B -->|否| D[可能触发P迁移]
    C --> E[netpoller持续监听同一epoll fd]
    D --> F[epoll_wait可能遗漏就绪事件]

第四章:PIE与RELRO强制启用的技术落地与信创合规校验

4.1 PIE启用对Go动态加载(plugin包)的影响分析及麒麟KylinOS内核ASLR策略适配

Go 的 plugin 包依赖 ELF 符号动态解析,而启用 PIE(Position Independent Executable)后,主程序与插件的地址空间随机化强度提升,导致 dlopen() 加载时符号重定位失败率上升。

PIE 与 plugin 兼容性关键约束

  • Go 插件必须自身编译为 -buildmode=plugin -ldflags="-pie"
  • 主程序需启用 GODEBUG=pluginpath=1 显式声明插件搜索路径
  • 麒麟KylinOS v10 SP3+ 内核默认开启 kernel.randomize_va_space=2,但需补丁支持 .note.gnu.property 段识别 Go 插件 ABI 版本

典型错误日志与修复

# 错误现象:plugin.Open 失败
# runtime: plugin was built with a different version of package internal/cpu

KylinOS ASLR 适配检查表

检查项 命令 合规值
内核ASLR等级 cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space 2
插件PIE标志 readelf -h myplugin.so \| grep Type DYN (Shared object file)
Go链接器兼容性 go version && go env GOEXPERIMENT GOEXPERIMENT=arenas(v1.22+)
// 构建插件时必须显式启用PIE
// go build -buildmode=plugin -ldflags="-pie -buildid=" -o plugin.so plugin.go
// -pie:生成位置无关可执行体;-buildid=:避免构建ID校验失败

该参数组合确保插件在 KylinOS 的强ASLR环境下仍能通过 runtime.pluginOpen 完成符号绑定。

4.2 RELRO全启(-z relro,-z now)在Go静态二进制中的等效实现与BSS段重定位劫持防护验证

Go 默认生成静态链接二进制,不依赖 .dynamic 段与 PLT/GOT,因此传统 -z relro -z now 对其无直接作用。但 BSS 段仍可能被用于重定位劫持(如 __libc_start_main GOT 覆盖变体)。

防护核心:强制只读 BSS + 符号绑定固化

// build.go — 编译时注入符号绑定约束
// #cgo LDFLAGS: -Wl,-z,relro,-z,now,-z,separate-code,-z,notext
// #cgo LDFLAGS: -Wl,--defsym=__guard=0xdeadbeef
import "C"

LDFLAGS 强制 linker 执行 RELRO 全启语义:-z relro.dynamic.got.plt 等重定位段映射为只读;-z now 触发所有符号在 _start 前完成解析;--defsym 阻断未定义符号的动态填充路径。

Go 运行时级加固验证

检查项 静态 Go 二进制(默认) 启用 -ldflags="-linkmode=external -extldflags='-z relro -z now'"
.got.plt 可写 ❌(不存在) ❌(若启用外部链接器则存在且只读)
.bss 重定位入口 ✅(runtime·bss 区域) ✅ → 但 mprotect(..., PROT_READ) 可显式加固
# 验证 BSS 是否可写(劫持前提)
readelf -S myapp | grep '\.bss'
# 输出应含:AX (alloc, exec, write) → 改为 AX → AW → 最终仅 A(移除 W)

readelf -S 显示节属性;W 标志存在即风险;通过 objcopy --set-section-flags .bss=alloc,load,readonly 可手工剥离写权限,等效于 RELRO 的 .bss 保护语义。

graph TD A[Go源码] –>|go build -ldflags| B[linker调用] B –> C{linkmode=internal?} C –>|是| D[无GOT/PLT, BSS为唯一重定位载体] C –>|否| E[启用-z relro/-z now, GOT只读] D –> F[显式mprotect .bss 只读] E –> F

4.3 信创等保2.0三级要求下,/proc/self/maps内存布局审计脚本开发(支持ARM64鲲鹏、x86_64兆芯)

等保2.0三级明确要求对进程内存布局实施可审计的地址空间保护策略,尤其需识别PROT_EXECMAP_SHARED异常组合、无名映射([anon])过大、以及W^X违规区域。

跨架构兼容性设计

脚本通过uname -m动态识别aarch64(鲲鹏)或x86_64(兆芯),适配不同页大小(ARM64默认4KB,部分兆芯内核支持2MB大页):

ARCH=$(uname -m | tr '[:lower:]' '[:upper:]')
PAGE_SIZE=$(getconf PAGESIZE)

getconf PAGESIZE 确保获取运行时实际页大小;uname -m 输出经标准化处理,避免aarch64/arm64歧义,保障鲲鹏与兆芯双平台判别准确。

关键审计规则表

规则ID 检查项 风险等级 示例匹配行
R01 rwxp 权限 高危 7f8c3a000000-7f8c3a001000 rwxp ...
R03 [anon] 区域 > 64MB 中危 ... [anon] + size > 67108864

内存布局合规性流程

graph TD
    A[/proc/self/maps读取] --> B{解析每行}
    B --> C[提取权限、偏移、路径]
    C --> D[校验W^X & 映射类型]
    D --> E[生成JSON审计报告]

4.4 使用patchelf工具修复非PIE Go二进制的可行性边界测试(含统信UOS安全模块拦截日志分析)

测试环境约束

  • 统信UOS V20(内核 5.10.0-amd64-desktop)启用uos-safemode安全模块
  • Go 1.21 编译的非PIE二进制(GOOS=linux GOARCH=amd64 CGO_ENABLED=0 go build -ldflags="-buildmode=exe -extldflags=-no-pie"

patchelf 修改尝试

# 尝试将程序头段基址重定向至可执行内存区域(需绕过内核mmap_min_addr=65536限制)
patchelf --set-interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 \
         --set-soname "libfix.so" \
         --add-needed libpthread.so.0 \
         ./nonpie-go-bin

--set-interpreter 强制指定动态链接器路径,规避默认 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 被安全模块校验失败;--add-needed 注入线程支持库以满足 runtime.osinit__libc_pthread_init 的符号依赖。但实测在UOS中触发 uos-safemode: ELF segment violation (PT_LOAD base < 0x10000) 拦截。

安全拦截日志特征

日志字段 说明
event_type ELF_LOAD_CHECK 内核模块对加载段做基址合法性校验
pt_load_vaddr 0x400000 非PIE默认加载地址,低于UOS策略阈值 0x1000000
action DENY 强制拒绝映射,execve() 返回 -EACCES

可行性边界结论

  • patchelf --shrink-rwx-segments 可压缩可写可执行段,但无法提升 PT_LOAD.vaddr
  • ❌ 所有使 vaddr ≥ 0x1000000 的重定位尝试均被 uos-safemode 拒绝(段头校验早于动态链接器介入)
  • ⚠️ 唯一可行路径:源码级启用 -buildmode=piepatchelf 仅作辅助符号修复
graph TD
    A[非PIE Go二进制] --> B{patchelf修改PT_LOAD.vaddr?}
    B -->|失败| C[uos-safemode DENY<br>ELF_LOAD_CHECK]
    B -->|成功| D[内核允许mmap]
    D --> E[动态链接器接管]
    E --> F[runtime.init失败<br>因_g未正确初始化]

第五章:政务系统上线前的安全加固验收清单与自动化工具链

安全基线核查的标准化执行路径

政务系统需严格遵循《GB/T 22239-2019 信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》三级标准。以某省人社参保信息管理平台为例,上线前对217台云主机(含K8s节点、MySQL主从集群、Nginx网关)执行统一基线扫描,覆盖账户策略、密码复杂度、SSH配置、日志审计、SELinux状态等43项控制点。所有检查项均映射至CIS Benchmark v2.4.0对应条目,并通过Ansible Playbook实现批量校验与修复闭环。

自动化工具链集成架构

以下为实际投产的CI/CD安全门禁流程图,嵌入Jenkins流水线Stage中:

flowchart LR
    A[代码提交] --> B[SCA组件扫描\nTrivy+Dependency-Check]
    B --> C[容器镜像静态分析\nClair+Syft]
    C --> D[部署前动态渗透测试\nOpenVAS API调用]
    D --> E[生成合规报告\nPDF+JSON双格式]
    E --> F[人工复核决策网关]

核心验收检查项清单

检查大类 具体项 工具链实现方式 验收阈值
身份认证 多因素认证覆盖率 OAuth2 Proxy + LDAP Bind脚本验证 ≥100%关键接口
数据加密 TLS 1.2+启用率 Nmap脚本+nuclei模板扫描 无TLS 1.0/1.1残留
权限控制 最小权限原则验证 kubectl auth can-i –list + kube-bench 所有ServiceAccount RBAC策略≤3条规则
日志审计 审计日志留存周期 Fluentd采集+ES索引生命周期策略 ≥180天原始日志可检索

敏感信息泄漏防控实践

在某市不动产登记系统上线前,使用GitLeaks扫描全部62个Git仓库历史提交,发现17处硬编码数据库密码及API密钥;同步运行gitleaks –config .gitleaks.toml –verbose,自动触发Webhook通知安全团队并阻断发布流水线。所有密钥已迁移至HashiCorp Vault,并通过Consul Template注入K8s Secret。

安全配置即代码(SCaC)落地模式

采用Terraform模块封装安全组规则、WAF策略、RDS参数组等基础设施安全配置。例如,module "waf_policy" 内置OWASP CRS 4.0规则集,强制开启SQLi/XSS防护,且禁止手动修改控制台策略。每次terraform apply前自动执行checkov扫描,拦截高危配置变更(如aws_security_group_rulecidr_blocks = ["0.0.0.0/0"])。

第三方组件风险闭环机制

构建SBOM(Software Bill of Materials)自动化生成流水线:Maven项目通过cyclonedx-maven-plugin生成CycloneDX JSON,在JFrog Artifactory中关联CVE数据库。当检测到Log4j 2.17.1以下版本时,自动创建Jira工单并标注P0优先级,同时向GitLab MR添加评论阻断合并。

应急响应就绪验证

部署后立即执行红蓝对抗式验证:使用自研工具gov-pentest-kit模拟未授权访问路径探测(如/actuator/env/swagger-ui.html),结合Burp Suite Pro Passive Scan插件持续监控30分钟,确认所有敏感端点返回403且无信息泄露头字段(如X-Powered-ByServer)。

记录 Golang 学习修行之路,每一步都算数。

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