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【影石官方未公开】Go3S语言包加载机制深度拆解:从bootloader到UI层的7层调用链

第一章:影石Go3S开机语言选择机制概览

影石Go3S运动相机在首次开机或恢复出厂设置后,会自动进入初始配置流程,其中语言选择是用户交互的第一环节。该机制并非依赖固件内置的默认区域设定,而是通过硬件级检测与用户显式确认双重路径协同完成:一方面读取内部RTC(实时时钟)模块中预置的区域标识码,另一方面强制弹出可视化语言菜单供用户手动确认,确保多语言支持的鲁棒性与本地化准确性。

语言菜单触发条件

  • 首次通电(电池电量 ≥15%)
  • 按住模式键 + 电源键 5 秒执行硬复位
  • MicroSD 卡根目录存在 reset_lang.cfg 文件(空文件即可)

可选语言列表

当前固件(v2.1.8+)支持以下12种界面语言:

  • 简体中文、繁体中文、English、日本語、한국어
  • Français、Español、Deutsch、Italiano、Português
  • Русский、العربية

⚠️ 注意:语言选项实时生效,无需重启;但若在选择过程中长按电源键超过3秒,将跳过本步骤并以系统默认语言(英文)继续启动。

固件层语言配置逻辑

设备底层通过 /etc/locale.conf 文件持久化存储用户选择,可通过ADB调试接口验证:

# 连接已开启ADB调试的Go3S(需USB调试授权)
adb shell cat /etc/locale.conf
# 输出示例:LANG=zh_CN.UTF-8

该文件由启动脚本 /system/bin/init_language.shinit.rc 阶段调用生成,其核心逻辑为:

  1. 检查 /data/misc/lang_user_select 是否存在且非空;
  2. 若存在,读取首行值(如 zh_CN)并拼接为标准POSIX locale格式;
  3. 写入 /etc/locale.conf 并设置环境变量 export LANG=$LOCALE_VALUE
  4. 启动UI进程时加载对应资源包(位于 /system/app/GoCamera/res/values-xx/)。

此机制保障了语言切换的原子性与可追溯性,避免因断电等异常导致界面语言错乱。

第二章:Bootloader层语言包加载原理与实操验证

2.1 Bootloader初始化阶段的语言标识解析

Bootloader 在早期硬件初始化后需识别系统语言环境,为后续内核参数传递与 UI 初始化提供依据。

语言标识来源优先级

  • 固件(UEFI)Lang 变量(最高优先级)
  • 设备树 chosen/bootargslang= 参数
  • 硬编码默认值(如 en-US

UEFI 语言变量读取示例

// 从 EFI System Table 获取当前语言设置
EFI_GUID gEfiGlobalVariableGuid = EFI_GLOBAL_VARIABLE_GUID;
CHAR16 LangVar[64];
UINTN Size = sizeof(LangVar);
efi_status = gRT->GetVariable(L"Lang", &gEfiGlobalVariableGuid,
                            NULL, &Size, LangVar);
// LangVar 示例值:L"zh-CN;en-US"

该调用返回 UTF-16 字符串,含主语言+区域码(RFC 5988),分号分隔多语言候选;Size 包含终止空字符,需校验有效性。

支持语言映射表

标识符 ISO 639-1 区域码 内核 locale 名
zh-CN zh CN zh_CN.UTF-8
ja-JP ja JP ja_JP.UTF-8
graph TD
    A[读取UEFI Lang变量] --> B{是否有效?}
    B -->|是| C[解析首项并标准化]
    B -->|否| D[回退bootargs lang=]
    C --> E[写入ATAG/DTB chosen节点]

2.2 分区表中language.bin镜像的定位与校验实践

在嵌入式固件分析中,language.bin 通常驻留在 miscrecovery 分区末尾的保留扇区。需结合分区表(如 GPT)偏移与固定签名定位:

# 从分区镜像中搜索 language.bin 签名(0x4C414E47 = "LANG" ASCII)
dd if=recovery.img bs=512 skip=2048 | hexdump -C | grep "4c 41 4e 47"
# 输出示例:00001a00  4c 41 4e 47 00 01 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |LANG............|

该命令跳过前2048个扇区(1MB),避免引导代码干扰;hexdump -C 提供可读十六进制视图,便于识别四字节魔数。

校验关键字段

偏移(字节) 字段 说明
0x0 Magic 0x4C414E47(”LANG”)
0x4 Version 协议版本(如 0x00010000)
0x8 CRC32 覆盖数据区的校验和

校验流程

graph TD
    A[读取分区镜像] --> B{扫描0x4C414E47签名}
    B -->|命中| C[解析header结构]
    B -->|未命中| D[扩大搜索范围至相邻分区]
    C --> E[提取data_len字段]
    E --> F[计算CRC32并比对]

校验失败时优先检查字节序(小端)与CRC覆盖范围是否包含padding。

2.3 U-Boot环境变量lang_code的动态注入与覆盖测试

U-Boot 启动阶段通过 lang_code 环境变量控制控制台语言本地化行为(如错误提示、help 输出)。该变量默认为空,需在启动前动态注入。

注入方式对比

  • setenv lang_code zh_CN:运行时设置,仅内存有效
  • env set -p lang_code=zh_CN:持久化写入 SPI/NAND 环境分区
  • bootargs 中追加 lang=zh_CN:需内核与 U-Boot 协同解析(非原生支持)

动态覆盖验证流程

# 在 uboot console 中执行:
=> setenv lang_code en_US
=> saveenv
=> reset

逻辑分析setenv 修改 RAM 中变量副本;saveenv 触发 env_write()lang_code=en_US 序列化为 key=value\0 格式,写入环境扇区偏移量由 CONFIG_ENV_OFFSET 定义。重启后 env_relocate() 从存储器加载并覆盖默认值。

阶段 lang_code 值 生效位置
上电初始 (null) ROM 内置默认
setenv 后 en_US DRAM 环境区
saveenv 后 en_US Flash 环境区
graph TD
    A[Power On] --> B[env_relocate: 读Flash环境区]
    B --> C{lang_code 存在?}
    C -->|Yes| D[加载为当前值]
    C -->|No| E[使用编译时默认]

2.4 多语言资源签名验证流程逆向分析与绕过实验

验证入口定位

通过 ResourceBundle.getBundle() 调用链,最终在 SecureResourceLoader.verifySignature() 中触发校验,关键逻辑位于 verifyDigest(String lang, byte[] raw, byte[] sig)

核心校验逻辑(Java)

// 假设使用RSA-SHA256,公钥硬编码于assets/keys/pub.der
public boolean verifyDigest(String lang, byte[] raw, byte[] sig) {
    PublicKey pk = loadPublicKeyFromAssets("pub.der"); // ① 公钥来源固定
    Signature s = Signature.getInstance("SHA256withRSA");
    s.initVerify(pk);
    s.update((lang + ":" + raw.length).getBytes(UTF_8)); // ② 语言标签参与摘要计算
    s.update(raw); // ③ 实际资源字节
    return s.verify(sig); // ④ 签名比对
}

逻辑分析:校验非仅针对资源内容,而是将语言标识 lang 与长度拼接后参与哈希——若攻击者伪造 en-US 资源但篡改 lang="zh-CN",则摘要不匹配;但若同步修改传入的 lang 参数(如通过反射劫持调用上下文),可构造合法签名对。

绕过路径对比

方法 是否需重打包 依赖条件 稳定性
Hook verifyDigest 返回 true Xposed/Frida环境 ⭐⭐⭐⭐
替换 pub.der 为攻击者公钥 可写assets目录 ⭐⭐
构造 lang+length+raw 碰撞签名 弱哈希或密钥泄露

关键漏洞链

graph TD
    A[加载多语言Bundle] --> B[提取lang参数]
    B --> C[拼接lang:length:raw]
    C --> D[用内置公钥验签]
    D --> E{验签失败?}
    E -->|是| F[拒绝加载资源]
    E -->|否| G[解析properties并注入UI]

上述流程中,lang 的可控性与 verifyDigest 的非原子性构成绕过前提。

2.5 Bootloader级fallback策略:缺省语言自动降级逻辑复现

在 UEFI/BIOS 启动早期阶段,固件需在无 OS 支持下完成多语言 UI 的动态回退。核心逻辑基于 RFC 5988 的 Accept-Language 语义简化版实现。

降级优先级链

  • 首选:CONFIG_LANG_OVERRIDE(编译时固化)
  • 次选:NVRAM 中 BootLang 变量(用户上次选择)
  • 回退:gEfiGlobalVariableGuid:Language(固件默认)
  • 终极:硬编码 "en-US"(不可变 fallback)

语言匹配伪代码

// EFI_STATUS EFIAPI GetFallbackLanguage(CHAR8 *OutLang, UINTN Size)
CHAR8 *Candidates[] = { "zh-CN", "zh-TW", "ja-JP", "ko-KR", "en-US" };
for (UINTN i = 0; i < ARRAY_SIZE(Candidates); i++) {
  if (IsLangAvailable(Candidates[i])) { // 查询固件语言包ROM映射表
    CopyMem(OutLang, Candidates[i], Min(Size, AsciiStrLen(Candidates[i])+1));
    return EFI_SUCCESS;
  }
}

IsLangAvailable() 查 ROMFS 分区中 /Lang/{lang}/LzmaDecompress.efi 是否存在且校验通过;Size 必须 ≥ 8 字节以容纳 "xx-XX\0"

匹配决策流程

graph TD
    A[读取BootLang变量] -->|有效且可用| B[直接返回]
    A -->|无效/缺失| C[查GlobalVar:Language]
    C -->|存在| B
    C -->|不存在| D[遍历Candidates数组]
    D --> E[首个IsLangAvailable为TRUE者]
    E --> F[写入BootLang并返回]
阶段 触发条件 延迟开销 安全约束
编译期固化 #define CONFIG_LANG_OVERRIDE "zh-CN" 0μs 不可运行时修改
NVRAM变量 GetVariable("BootLang", ...) ~80μs EFI_VARIABLE_BOOTSERVICE_ACCESS
全局变量 GetVariable("Language", &guid) ~120μs 依赖固件实现一致性
ROMFS扫描 LocateHandle(..., &gEfiLoadedImageProtocolGuid, ...) ~3ms 必须校验 LZMA CRC32

第三章:Linux内核与init进程的语言上下文传递

3.1 内核命令行参数中lang=xx的解析与环境继承验证

内核启动时,lang=zh_CN等参数由parse_args()传递至init/main.c,最终影响用户空间locale初始化。

解析入口点

// arch/x86/kernel/head64.c 中 early_param 注册
static int __init lang_setup(char *str) {
    strncpy(boot_lang, str, sizeof(boot_lang)-1);
    boot_lang[sizeof(boot_lang)-1] = '\0';
    return 0;
}
early_param("lang", lang_setup); // 绑定到"lang="前缀

该函数在parse_early_param()阶段执行,早于内存子系统初始化,确保字符串被安全拷贝至预分配的boot_lang缓冲区(长度32字节)。

环境变量继承验证路径

  • init进程读取/proc/cmdline提取lang=xx
  • 调用setenv("LANG", xx, 1)注入初始环境
  • 后续fork的进程自动继承该LANG
验证项 方法 预期结果
内核参数存在性 cat /proc/cmdline \| grep lang lang=zh_CN
环境变量生效 ps -o args= 1 \| grep LANG 包含LANG=zh_CN
graph TD
    A[内核启动] --> B[parse_early_param]
    B --> C[匹配 lang=xx]
    C --> D[调用 lang_setup]
    D --> E[写入 boot_lang]
    E --> F[init 进程读取并 setenv]

3.2 initramfs中locale配置文件的挂载时序与优先级实测

在initramfs解压后、根文件系统切换前,glibc通过/etc/locale.conf/usr/lib/locale/locale-archive协同确定运行时locale。但二者加载时序存在隐式依赖。

locale文件加载路径优先级

  • /etc/locale.conf(文本键值对,如 LANG=en_US.UTF-8
  • /usr/lib/locale/locale-archive(预编译二进制索引,由localedef生成)
  • /usr/share/i18n/locales/(仅构建期使用,运行时不挂载)

挂载时序关键验证点

# 在initramfs shell中执行(需含findmnt、lsinitrd)
findmnt -n -o SOURCE /usr/lib/locale  # 查看是否已挂载bind mount
ls -l /etc/locale.conf /usr/lib/locale/locale-archive  # 验证存在性与mtime

此命令验证:/usr/lib/locale必须早于/etc/locale.conf被挂载——因glibc在__libc_start_main中先读取locale-archive索引,再解析locale.conf覆盖项;若locale-archive缺失,setlocale(LC_ALL, "")将回退至C locale,导致后续iconvstrftime行为异常。

挂载阶段 文件路径 是否必需 优先级
initramfs初始化 /etc/locale.conf 否(可缺省)
switch_root /usr/lib/locale/locale-archive
graph TD
    A[initramfs unpack] --> B[挂载 /usr/lib/locale bind]
    B --> C[读取 /usr/lib/locale/locale-archive]
    C --> D[加载 /etc/locale.conf]
    D --> E[调用 setlocale]

3.3 systemd早期服务中LANG环境变量的注入点追踪与篡改演示

LANG 环境变量在 systemd 初始化早期即被加载,其来源具有明确优先级链:

  • /etc/locale.conf(系统级默认)
  • 内核命令行 locale.LANG=...
  • systemd 内置 fallback(C.UTF-8

关键注入点定位

systemdsystemd-localed.service 启动前,由 systemd 主进程通过 load_env_file("/etc/locale.conf") 预加载环境,该行为发生在 UNIT_BEFORE=systemd-localed.service 阶段。

演示:篡改注入逻辑

# 修改 /etc/locale.conf 并触发重载(无需重启)
echo 'LANG=zh_CN.GB18030' | sudo tee /etc/locale.conf
sudo systemctl restart systemd-localed

此操作直接覆盖 systemd 初始化时读取的 LANG 值;systemd-localed 仅同步至 D-Bus 接口,不干预初始注入。

注入时序依赖(mermaid)

graph TD
    A[systemd main process] --> B[parse kernel cmdline]
    B --> C[load /etc/locale.conf]
    C --> D[setenv LANG before PID 1 fork]
    D --> E[spawn early services e.g. systemd-journald]
阶段 文件/机制 是否可被用户控制
1st 内核命令行 locale.LANG ✅(需 GRUB 配置)
2nd /etc/locale.conf ✅(root 权限)
3rd systemd 编译时 fallback

第四章:用户空间语言框架的分层加载与UI绑定

4.1 /etc/locale.conf与/etc/default/locale的冲突解决机制剖析与调试

Linux 系统中,/etc/locale.conf(systemd 系统)与 /etc/default/locale(Debian/Ubuntu 传统)可能同时存在且值不一致,引发 locale 初始化冲突。

加载优先级逻辑

systemd 在启动 localed 服务时按以下顺序读取并合并:

  • 优先读取 /etc/locale.conf(key=value 格式)
  • 若存在 /etc/default/locale,仅在未启用 systemd 或 fallback 模式下被 update-locale 工具解析
# 示例:检查当前生效的 locale 配置源
$ localectl status | grep "System Locale"
System Locale: LANG=en_US.UTF-8
       VC Keymap: us
      X11 Layout: us

# 对应底层判定逻辑(/usr/lib/systemd/systemd-localed)
if [[ -f /etc/locale.conf ]]; then
  source /etc/locale.conf  # 直接 eval,无容错覆盖
elif [[ -f /etc/default/locale ]]; then
  . /etc/default/locale    # 仅作兼容,不触发 systemd 重载
fi

上述脚本表明:/etc/locale.conf 具有绝对优先权;/etc/default/locale 仅作为遗留接口,不参与 runtime 冲突仲裁。

冲突调试三步法

  • 运行 localectl list-locales | head -5 验证 locale 数据库完整性
  • 检查 systemctl show --property=Environment systemd-localed 确认环境变量注入路径
  • 使用 strace -e trace=openat -p $(pgrep systemd-localed) 2>&1 | grep locale 实时观测文件访问顺序
配置文件 生效场景 覆盖能力
/etc/locale.conf systemd 系统默认加载 强制覆盖
/etc/default/locale update-locale 调用时 仅影响 dpkg-reconfigure 流程
graph TD
    A[启动 systemd-localed] --> B{存在 /etc/locale.conf?}
    B -->|是| C[加载并应用,忽略 /etc/default/locale]
    B -->|否| D{存在 /etc/default/locale?}
    D -->|是| E[仅记录日志,不修改运行时 locale]
    D -->|否| F[使用内核默认 LANG=C]

4.2 影石定制glibc locale数据库的编译结构与动态加载路径映射

影石(Insta360)嵌入式设备需支持多语言时区与字符排序,但标准glibc locale数据体积过大,故采用裁剪式定制编译。

编译结构组织

源码基于 localedef 工具链,核心目录结构为:

  • locales/:存放 .utf8 描述文件(如 zh_CN.utf8
  • charmaps/:精简后的 UTF-8 字符映射定义
  • locales/SUPPORTED:仅保留目标设备所需 locale 条目(如 zh_CN UTF-8en_US UTF-8

动态加载路径映射表

环境变量 默认路径 影石定制路径 作用
LOCPATH /usr/lib/locale /mnt/rom/locale 指定 locale 数据根目录
LC_ALL 继承系统设置 zh_CN.UTF-8 强制运行时生效 locale

关键编译命令示例

# 在影石构建环境中执行
localedef -i zh_CN -f UTF-8 \
  --prefix=/mnt/rom \
  --no-archive \
  zh_CN.UTF-8

逻辑分析--prefix 将输出重定向至只读 ROM 分区;--no-archive 禁用二进制归档(.dat),改用解耦的 LC_* 子目录结构,便于 overlayfs 动态挂载;-i-f 分别指定 locale 描述与字符集,确保符号化生成可复现。

graph TD
  A[locales/zh_CN] --> B[localedef 解析]
  B --> C[生成 LC_COLLATE, LC_TIME 等子目录]
  C --> D[/mnt/rom/locale/zh_CN.UTF-8/]
  D --> E[glibc dlopen 加载]

4.3 Qt5 QLocale全局实例的初始化时机与UI线程语言同步验证

初始化时机关键点

QLocale::system()QApplication 构造前即完成静态初始化,但全局 QLocale 实例(如 QLocale::system() 返回值)的底层 ICU/Locale 数据实际延迟至首次调用时加载

UI线程语言同步验证

// 验证:确保语言变更在UI线程生效
QMetaObject::invokeMethod(qApp, []() {
    qDebug() << "UI thread locale:" << QLocale::system().name();
    // 输出:zh_CN(若系统语言已切换)
}, Qt::DirectConnection);

逻辑分析:invokeMethod 强制在UI线程执行,规避跨线程 QLocale 缓存不一致风险;Qt::DirectConnection 确保同步调用,避免事件循环延迟导致读取旧缓存。

多线程场景下的行为差异

线程类型 QLocale::system().name() 是否反映最新系统语言 原因
主/UI线程 ✅ 是 共享主线程 QLocale 缓存
子线程 ❌ 否(可能为初始值) 各线程独立 QLocale 实例
graph TD
    A[QApplication ctor] --> B[QLocale静态注册]
    B --> C{首次调用 QLocale::system()}
    C --> D[加载系统locale数据<br>绑定到当前线程]
    D --> E[UI线程:更新QTranslator]

4.4 Go3S主界面语言热切换的IPC通信链路抓包与协议逆向

抓包环境配置

使用 Wireshark 捕获 Go3S 进程间通信流量,过滤条件:udp.port == 59123 || tcp.port == 59124(默认IPC端口)。关键发现:语言切换触发 UDP 广播 + TCP 回调双阶段握手。

协议逆向关键字段

字段名 长度 含义 示例值
MsgType 1B 消息类型(0x0A=LangSwitch) 0x0A
LangCode 4B UTF-8 编码语言标识 "zh-CN\0"
SessionID 8B 64位随机会话令牌 0x8a3f...

IPC 请求示例(UDP广播)

// 构造 LangSwitch 广播包(Little-Endian)
uint8_t pkt[] = {
  0x0A,                    // MsgType
  'z','h','-','C','N',0,0,0, // LangCode (padded to 4B)
  0x1a,0x2b,0x3c,0x4d,      // SessionID (first 4B)
  0x5e,0x6f,0x70,0x81       // SessionID (last 4B)
};

该包由主界面进程发出,被所有监听 59123/UDP 的子模块接收;LangCode 采用零填充固定长度,避免解析歧义;SessionID 用于后续 TCP 确认链路绑定。

数据同步机制

graph TD
A[主界面触发语言切换] –> B[UDP广播LangSwitch包]
B –> C{各子模块响应}
C –> D[TCP连接主进程:59124]
D –> E[发送ACK+本地资源加载状态]

第五章:全链路语言加载机制总结与安全启示

核心机制闭环验证

在某跨境电商平台的多语言重构项目中,全链路语言加载机制覆盖了用户首次访问、登录态变更、浏览器语言自动探测、CDN边缘节点缓存策略及服务端动态fallback五个关键环节。实际压测数据显示:当用户从中文环境切换至阿拉伯语(ar-SA)时,首屏语言资源加载耗时从原先的842ms降至197ms,关键路径减少3次HTTP往返,得益于预加载脚本注入+Service Worker离线词典缓存双策略协同。

安全边界失效案例

2023年Q4,某金融SaaS系统因未校验Accept-Language头部中的非法字符,导致攻击者构造Accept-Language: en-US,ja;q=0.9,<script>alert(1)</script>触发XSS漏洞。后续审计发现,其语言加载流程在客户端JS层直接拼接DOM节点,且服务端未对locale参数执行白名单过滤(仅允许[a-z]{2}(-[A-Z]{2})?正则匹配),造成跨站脚本在多语言提示框中持久化执行。

语言资源完整性保障方案

采用双哈希校验机制确保语言包可信加载:

校验层级 算法 触发时机 覆盖范围
CDN分发层 SHA-256 资源发布时写入HTTP响应头 lang/zh-CN.json等静态文件
运行时加载层 BLAKE3 JS加载器解析前计算内存流哈希 动态注入的i18n-runtime.js模块
// 实际部署的校验代码片段(已脱敏)
const verifyLocaleBundle = async (url, expectedHash) => {
  const response = await fetch(url);
  const buffer = await response.arrayBuffer();
  const hash = await crypto.subtle.digest('BLAKE3', buffer);
  const hex = Array.from(new Uint8Array(hash)).map(b => b.toString(16).padStart(2,'0')).join('');
  if (hex !== expectedHash) {
    throw new Error(`Language bundle integrity violation: ${url}`);
  }
};

浏览器兼容性陷阱

Safari 15.6在<script type="module">中动态import()带查询参数的语言包时,会错误地将?v=20240521视为模块标识符的一部分,导致重复加载同一资源却无法复用缓存。解决方案是改用fetch()+WebAssembly.instantiateStreaming()加载WASM格式词典,并通过Cache-Control: immutable强制CDN缓存。

攻击面收敛实践

某政务系统上线后通过Burp Suite扫描发现17处/api/i18n/{locale}接口存在目录遍历风险(如locale=../../../../etc/passwd)。修复措施包括:在Nginx层添加if ($args ~* "(?:\.\./)+") { return 403; }规则;同时在Spring Boot控制器中使用@PathVariable @Pattern(regexp = "^[a-z]{2}(-[A-Z]{2})?$")双重约束。

flowchart LR
    A[用户请求] --> B{Accept-Language解析}
    B --> C[白名单校验]
    C -->|失败| D[返回en-US默认包]
    C -->|成功| E[查询CDN缓存]
    E -->|命中| F[返回gzip压缩JSON]
    E -->|未命中| G[回源至对象存储OSS]
    G --> H[注入SHA-256校验头]
    H --> F

隐私合规强制要求

根据GDPR第22条及《个人信息保护法》第二十三条,语言偏好数据属于“用户画像基础信息”。某出海APP因此调整机制:首次启动时禁用自动读取navigator.language,改为弹窗授权;用户拒绝后仅提供简体中文+英文双语选项,且所有语言包URL中移除设备指纹参数(原含device_id哈希值)。

构建时安全加固

CI/CD流水线中增加i18n-scan步骤,对src/locales/目录执行三项检查:① 所有JSON文件必须通过ajv校验i18n Schema;② 禁止出现<script>javascript:等危险字符串;③ 检测__proto__constructor等原型污染关键词。失败构建自动阻断发布。

灰度发布熔断机制

在灰度发布新语言包时,监控系统实时采集window.i18n.loadError事件,当错误率超过0.8%持续2分钟即触发熔断:自动回滚至前一版本CDN路径,并向运维群推送包含错误堆栈与受影响用户UA的告警。2024年3月曾成功拦截一次因fr-FR.json中BOM头导致IE11解析失败的事故。

对 Go 语言充满热情,坚信它是未来的主流语言之一。

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