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【Go逆向工程师生存指南】:破解无调试信息、CGO混合、UPX加壳golang二进制的7种高阶策略

第一章:Go逆向工程的独特挑战与生态概览

Go语言的静态链接、运行时自包含以及编译器深度优化,使其二进制文件天然具备强反分析特性。与C/C++依赖外部符号表和动态链接不同,Go程序默认将标准库、GC、调度器、反射元数据等全部打包进单一可执行文件,且不导出传统ELF符号(如.symtab被剥离),导致常规nmobjdump -t等工具失效。

运行时元数据是关键突破口

Go 1.16+ 编译的二进制中仍保留.gopclntab(PC行号表)、.gosymtab(符号名表)和.go.buildinfo段。可通过readelf -S binary | grep -E '\.go'快速验证存在性。这些段虽经混淆(如函数名含main·foo·f格式),但结构稳定,是定位main.main、恢复类型信息与接口调用点的核心依据。

Go特有的控制流干扰机制

编译器默认启用内联(-l禁用)、逃逸分析驱动的栈分配,以及基于Goroutine的异步调用链(如runtime.newproc1触发的协程跳转)。这导致IDA或Ghidra难以自动重建调用图。例如,以下代码片段在反汇编中常表现为间接跳转:

; 实际对应 go func() { ... }() 的启动逻辑
call runtime.newproc1@plt
mov rax, [rbp-0x8]    ; 获取闭包指针
call [rax+0x10]       ; 动态跳转至闭包函数体

主流逆向工具支持现状

工具 Go符号识别 类型系统恢复 Goroutine上下文追踪 备注
Ghidra 10.4+ ✅(需插件) ⚠️(部分) 推荐使用ghidra-go扩展
IDA Pro 8.3 ✅(内置) 需手动加载go_parser.py脚本
delve ✅(源码级) 仅适用于调试态,非纯二进制场景

快速提取基础符号的实用命令

# 提取所有疑似Go函数名(过滤掉PLT/GOT等噪声)
strings binary | grep -E '^main\.[a-zA-Z0-9_]+|^runtime\.[a-zA-Z0-9_]+|^[a-z]+\.[A-Z][a-zA-Z0-9_]*$' | sort -u

# 定位主函数入口(常见模式:从runtime.main跳转至main.main)
objdump -d binary | grep -A5 -B5 "call.*runtime\.main"

第二章:无调试信息Golang二进制的符号重建与类型恢复

2.1 基于Go运行时结构体偏移的函数入口自动识别(理论+Ghidra Python脚本实战)

Go 1.18+ 二进制中,runtime.func 结构体在 .gopclntab 段内连续排列,其字段 entry(偏移量 0x8)直接指向函数机器码起始地址。该偏移在所有 Go 版本中稳定,是静态识别函数入口的黄金锚点。

核心原理

  • .gopclntab 是只读段,含 func 数组 + pclntab 数据
  • 每个 runtime.func 固定大小(如 Go 1.21 为 0x30 字节)
  • entry 字段位于结构体第2个字段,64位下恒为 +0x8

Ghidra 脚本关键逻辑

# 扫描 .gopclntab 段,按 0x30 对齐提取 entry 值
func_size = 0x30
entry_offset = 0x8
for addr in range(segments[".gopclntab"].start, segments[".gopclntab"].end, func_size):
    entry_addr = currentProgram.getMemory().getInt(addr + entry_offset)
    createFunction(toAddr(entry_addr), "go_func_" + hex(entry_addr))

逻辑:以 func_size 步进遍历段内存;getInt() 读取小端 uint32(注意:Go 1.20+ 在 64 位平台用 getLong()uint64);createFunction() 在 Ghidra 中创建符号化函数。

字段 偏移 类型 说明
name 0x0 uint32 函数名字符串地址
entry 0x8 uint64 函数入口 RVA
pcsp, pcfile 0x10 调试信息偏移

graph TD A[定位.gopclntab段] –> B[按func_size步进] B –> C[读entry字段] C –> D[校验地址是否在.text内] D –> E[创建函数符号]

2.2 利用runtime·findfunc与pclntab解析实现函数名与行号映射重建(理论+自研pclntab dump工具演示)

Go 运行时通过 runtime.findfunc 快速定位函数元数据,其底层依赖 pclntab(Program Counter Line Table)——一段只读内存区域,存储 PC 偏移、函数入口、行号映射及符号信息。

pclntab 核心结构

  • magicgo123456(版本标识)
  • functab:函数指针数组(升序 PC)
  • pcdata:行号/文件/stack map 等索引表
  • filetab:字符串池,存源码路径

自研 pclntab-dump 工具关键逻辑

func DumpPcln(exePath string) error {
    f, _ := elf.Open(exePath)
    sec := f.Section(".gopclntab") // 定位节区
    data, _ := sec.Data()
    pcHeader := parseHeader(data)  // 解析头部(含 functab offset/size)
    for i := 0; i < int(pcHeader.nfunc); i++ {
        fn := parseFunc(data, pcHeader.functabOffset, i)
        fmt.Printf("%s:%d\n", fn.Name, fn.StartLine)
    }
    return nil
}

此代码从 ELF 文件提取 .gopclntab 节,按 functab 索引逐项解析函数名与起始行号;parseFunc 内部调用 runtime.funcName()runtime.funcFileLine() 的等效逻辑,绕过 runtime 包限制直接内存解码。

映射重建流程(mermaid)

graph TD
    A[PC 地址] --> B{runtime.findfunc}
    B --> C[pclntab.functab 二分查找]
    C --> D[获取 funcInfo 指针]
    D --> E[查 pcdata 表 → 行号/文件索引]
    E --> F[filetab + lineTable → 源码位置]

2.3 Go字符串常量与interface{}结构的内存模式挖掘与自动化提取(理论+IDA FLIRT签名+Radare2插件联合实践)

Go 的 string 在内存中为 16 字节结构体(ptr + len),而 interface{} 为 32 字节(itab + data 指针),二者在二进制中呈现高度规律的相邻布局。

字符串常量识别模式

# IDA Python 脚本片段:扫描潜在 string header
for ea in XrefsTo(0x401000, flags=0):  # 假设引用 runtime.stringStruct
    if is_loaded(ea.frm) and get_wide_dword(ea.frm) == 0:  # len=0 常见于空串
        s_ptr = get_qword(ea.frm + 8)  # offset of ptr in string struct
        if is_readable(s_ptr):
            print(f"Found string candidate @ {hex(s_ptr)}")

→ 该脚本利用 Go 运行时对 string 结构体的固定偏移(ptr+8)定位原始字节地址;get_qword 确保 64 位架构兼容性。

interface{} 提取流程

graph TD
    A[ELF .rodata 段扫描] --> B{匹配 itab vtable 签名}
    B -->|命中| C[解析 itab → type info]
    B -->|未命中| D[回退至 FLIRT sig 匹配]
    C --> E[关联 data ptr → 提取 embedded string]

自动化工具链协同表

工具 作用 输出目标
IDA FLIRT 快速识别标准 runtime.* 符号 itab/stringStruct 地址
r2pipe 批量读取 .rodata 内存块 原始字节流 + 偏移映射
custom.py 联合解析 interface{} 链 JSON 格式字符串列表

2.4 基于gcroots与stack map逆向推导闭包与goroutine本地变量布局(理论+Delve源码级patch调试验证)

Go 运行时通过 gcroot 集合与栈帧的 stack map 描述每个 goroutine 栈上活跃对象的精确布局。闭包变量被分配在堆或栈上,其可达性完全依赖于 stack map 中标记的指针偏移。

核心机制

  • stack map 是编译器生成的位图,标识栈帧中每个字是否为指针;
  • gcroots 包含全局变量、G 手动注册的栈基址、以及 mcache/mcentral 中的 span 元数据;
  • Delve 在 runtime.g0 切换时解析当前 G 的 g.stack0 + g.stackguard0,结合 func.stackMap 定位闭包结构体字段。

Delve patch 关键点

// pkg/proc/variables.go: resolveClosureVars()
if fn.Entry() == 0x4d2a10 { // 示例闭包函数入口
    sm := findStackMap(fn, frame.SP) // 获取对应栈映射
    for i, bit := range sm.bytedata {
        if bit&0x01 != 0 {
            ptrOff := uintptr(i)*8 + frame.SP
            // 解引用 ptrOff → 得到 closure header → 偏移读取 captured vars
        }
    }
}

该逻辑在 dlv 调试 goroutine 17 时触发,frame.SP 对齐后逐字节扫描 stack map,定位闭包首地址及捕获字段偏移。

字段 类型 说明
closure.ptr *byte 闭包结构体起始地址
closure.var1 int64 捕获变量,偏移量 0x18
graph TD
    A[goroutine stack] --> B{stack map byte[i]}
    B -->|bit==1| C[ptrOff = SP + i*8]
    C --> D[read *ptrOff → closure header]
    D --> E[apply offset → captured var]

2.5 Go 1.18+泛型元数据残留分析与type descriptor交叉引用恢复(理论+objdump+custom dwarf parser实战)

Go 1.18 引入泛型后,编译器在 go:linkname 和 DWARF 中保留了类型形参(如 T)的符号化元数据,但运行时擦除导致 runtime.type 结构中 name 字段为空或截断。

泛型类型描述符残留位置

  • .rodata 段中 type.* 符号指向未擦除的 *_type 结构体
  • DWARF .debug_types 包含 DW_TAG_template_type_parameter 条目

objdump 快速定位示例

objdump -s -j .rodata ./main | grep -A2 "type\.int"

输出显示 type.int 后紧邻 type.[]T 的地址偏移,揭示泛型实例化链;-s 启用节内容十六进制转储,-j .rodata 限定只扫描只读数据区。

自定义 DWARF 解析关键字段

字段名 DWARF 标签 用途
DW_AT_name DW_TAG_structure_type 原始泛型名(如 Slice
DW_AT_type DW_TAG_template_type_param 指向 T 的 type ref
graph TD
    A[go build -gcflags='-l' main.go] --> B[.rodata 中 type.* 符号]
    B --> C[DWARF .debug_types 模板参数]
    C --> D[custom parser 关联 type offset]
    D --> E[恢复 T → int 的 descriptor 路径]

第三章:CGO混合二进制的跨语言调用链穿透策略

3.1 CGO调用约定逆向与C函数符号绑定关系动态追踪(理论+GDB python hook + libffi调用栈回溯)

CGO并非简单桥接,而是依赖_cgo_export.h生成的符号重定向表与runtime/cgocall调度器协同完成ABI适配。其核心在于:Go调用C时经cgocall进入entersyscall,再由libffi执行实际调用——此时栈帧混合了Go runtime与C ABI。

GDB Python Hook 实时捕获符号绑定

# ~/.gdbinit 中加载
import gdb

class CGOSymbolBreakpoint(gdb.Breakpoint):
    def stop(self):
        sym = gdb.parse_and_eval("((struct _cgo_call_info*)$rdi)->fn")
        print(f"[CGO] Bound C symbol: {sym.address}")
        return True

CGOSymbolBreakpoint("crosscall2")

该hook在crosscall2入口拦截,从rdi寄存器提取_cgo_call_info结构体,解析fn字段指向的真实C函数地址,实现运行时符号绑定快照。

libffi调用栈回溯关键路径

栈帧层级 调用者 ABI环境 关键寄存器
#0 ffi_call_unix64 System V ABI rdi=cif, rsi=fn
#1 crosscall2 Go syscall ABI rdi含_cgo_call_info
#2 Go goroutine Go stack SPm->g0->sched保护
graph TD
    A[Go function call] --> B[crosscall2]
    B --> C[entersyscall]
    C --> D[ffi_call_unix64]
    D --> E[C symbol via fn ptr]

3.2 Go-to-C参数传递机制解构:interface{}→C.struct转换的内存镜像还原(理论+heap inspection + custom cgo tracer)

Go 调用 C 函数时,interface{} 无法直接传入 C,需显式转换为 C.struct_*。该过程不复制数据,而是通过 unsafe.Pointer 建立内存视图映射。

数据同步机制

interface{} 持有结构体值(如 struct{a,b int}),C.struct_X{...} 构造本质是:

// 假设 Go struct 与 C struct 字段对齐一致
type GoS struct{ A, B int64 }
type _Ctype_struct_S struct{ a, b int64 }

func toC(s GoS) _Ctype_struct_S {
    return *(*_Ctype_struct_S)(unsafe.Pointer(&s)) // 零拷贝内存重解释
}

此转换要求 Go struct 的字段顺序、对齐、大小与 C struct 完全一致,否则触发未定义行为(UB)。

内存验证手段

  • runtime.ReadMemStats() 观察堆分配无增量 → 验证零拷贝
  • 自定义 CGO tracer 拦截 C.xxx() 调用,打印 &s&c_struct 地址比对
检查项 期望结果
Go struct 地址 == C struct 首地址
unsafe.Sizeof 两者相等且等于 C.sizeof_struct_S
graph TD
    A[Go interface{}] -->|type assert & address take| B[Go struct value]
    B -->|unsafe.Pointer cast| C[C.struct_* memory view]
    C --> D[Direct C function call]

3.3 C静态库/动态库嵌入场景下的符号剥离后重定位修复与调用图重建(理论+readelf + patchelf + Ghidra LinkerScript辅助)

当静态库(.a)或动态库(.so)被 strip --strip-all 剥离符号后,.symtab 消失,但 .rela.dyn/.rela.plt.dynamic 段仍保留重定位信息与动态符号引用。

关键诊断三步法

  • readelf -d libfoo.so → 查看 DT_NEEDEDDT_SYMTAB 偏移
  • readelf -r libfoo.so → 提取未解析的重定位项(如 R_X86_64_JUMP_SLOT
  • readelf -S libfoo.so | grep "\.dyn" → 定位 .dynsym/.dynstr 节区位置

符号表重建核心命令

# 从 .dynsym 提取函数名并映射到 GOT/PLT 条目
readelf -sW libfoo.so | awk '$4=="FUNC" && $7!="UND" {print $2, $NF}' | sort -n

此命令过滤出已定义的动态函数符号(跳过 UND),输出 st_value(地址)与 st_name(字符串索引),为 Ghidra 导入提供基础符号地址映射表。

Ghidra LinkerScript 辅助策略

SECTIONS {
  .text : { *(.text) }
  .dynsym : { *(.dynsym) }  /* 强制保留动态符号节供反编译器识别 */
}
工具 作用 限制条件
patchelf 修改 DT_SONAME/RPATH 不修改 .dynsym 内容
readelf 静态结构分析 无法恢复已删 .symtab
Ghidra + LS 基于 LinkerScript 重载节区布局并重建调用图 依赖 .dynsym 完整性
graph TD
  A[strip --strip-all] --> B[丢失.symtab]
  B --> C{readelf -r 提取重定位项}
  C --> D[patchelf 修补 DT_SYMTAB 偏移]
  D --> E[Ghidra 加载 LinkerScript 重建符号上下文]
  E --> F[自动推导 call 指令目标 → 调用图]

第四章:UPX加壳Golang二进制的多阶段脱壳与语义等价还原

4.1 UPX+Go特化壳的入口跳转链分析与原始.text节定位(理论+ptrace单步+shellcode特征扫描实战)

Go二进制经UPX+自研壳加固后,入口被重定向至壳代码段,原始.text节被加密并隐藏。需通过三重验证定位真实入口:

  • ptrace单步跟踪:捕获execve后首次mmap调用,识别壳解密后的内存映射区域
  • shellcode特征扫描:匹配Go特有的CALL runtime.morestack_noctxt跳转模式(E8 ?? ?? ?? ?? + 48 8B 05
  • 节头表校验:解析readelf -S输出,比对sh_addr与运行时/proc/pid/maps中实际加载地址
# 在目标进程挂起状态下扫描可疑页内shellcode
xxd -g1 /proc/$(pidof target)/mem | grep -A2 -B2 "e8.. .. .. .. 48 8b 05"

该命令在进程内存镜像中搜索Go运行时栈检查指令序列,e8为相对调用,48 8b 05对应mov rax, [rip+imm32]——常用于加载runtime.g指针,是Go壳解密后执行流的关键锚点。

扫描方法 触发条件 可靠性
ptrace单步 首次mmap(PROT_EXEC) ★★★★☆
RIP-relative指令模式 e8+48 8b 05连续出现 ★★★★
.textsh_flags & SHF_EXECINSTR 静态ELF头字段 ★★☆
graph TD
    A[execve进入壳入口] --> B[ptrace捕获mmap解密页]
    B --> C[扫描页内e8+48 8b 05模式]
    C --> D[定位runtime.morestack_noctxt调用点]
    D --> E[回溯前一条call指令地址→原始.text入口]

4.2 Go运行时初始化代码在加壳环境中的劫持点识别与堆栈上下文恢复(理论+gdb watchpoint + runtime·check + 自研unupx-go)

Go程序加壳后,runtime·rt0_goruntime·check 成为关键劫持窗口——前者控制初始栈帧建立,后者验证gmp三元组一致性。

关键劫持点定位策略

  • runtime.check入口设置watchpoint *(void**)($rsp+8)捕获g指针写入
  • 监控CALL runtime·schedinit(SB)前的寄存器状态(尤其R14/R15
  • 利用unupx-go自动扫描.text段中MOVQ $0x1, (RAX)类模式,定位UPX重定位补丁点

堆栈上下文恢复核心逻辑

// gdb watchpoint 触发后执行的恢复脚本片段
(gdb) p/x $rsp
(gdb) x/4xg $rsp          // 查看原始栈顶g/m/p布局
(gdb) set {uintptr}($rsp) = $rax  // 强制修复g指针

该操作重建g结构体首地址,使后续runtime·mstart能正确调用schedule()

检测项 正常值 加壳篡改特征
g.m.curg ≠ 0 恒为0或非法地址
m.gsignal 有效栈地址 指向.data未初始化区
p.status _Prunning 保持_Pidle

4.3 加壳后pclntab与funcnametab的内存动态重建与符号重注入(理论+memdump + golang-reflect-like type reconstruction)

加壳会剥离或加密 .pclntab(程序计数器行号表)与 .funcnametab(函数名字符串索引表),导致 runtime.FuncForPC 失效、panic 栈无法解析、debug.ReadBuildInfo 丢失符号。

动态重建核心路径

  • 从 memdump 中定位 .text 起始与大小,结合已知 Go ABI 函数签名特征扫描 funcinfo 结构体头;
  • 利用 golang-reflect-like 类型重建:通过 unsafe.Sizeof(func() {}) 推导 funcInfo 内存布局,反向解析 pcdata/functab 偏移链;
  • 重建 funcnametab 需先恢复 stringHeader,再按 uint64 指针数组遍历函数名偏移。
// 从 dumpBuf 中提取 funcInfo 起始地址(假设已知 textSec.Base = 0x500000)
func findFuncInfos(dumpBuf []byte, textBase uint64) []uintptr {
    var infos []uintptr
    for i := 0; i < len(dumpBuf)-24; i += 8 { // 粗粒度扫描 8-byte 对齐
        if binary.LittleEndian.Uint64(dumpBuf[i:i+8]) == textBase {
            infos = append(infos, textBase+uint64(i))
        }
    }
    return infos
}

该扫描基于 funcInfo.firstpc 字段恒等于所属函数入口地址的特性;textBase.text 段加载基址,需通过 /proc/self/mapsmemdump header 提取。

符号重注入流程

graph TD
    A[memdump raw bytes] --> B{定位 .text/.rodata}
    B --> C[扫描 funcInfo 链表头]
    C --> D[重建 pclntab 数组]
    D --> E[解析 funcnametab 字符串池]
    E --> F[patch runtime.pclntable 全局指针]
重建阶段 输入依赖 输出效果
pclntab 恢复 dumpBuf, textBase, minfunc 支持 runtime.FuncForPC
funcnametab 恢复 pclntabnameOff 字段 支持 (*Func).Name() 返回真实函数名
全局指针修补 runtime.pclntable 地址(通过 dladdr 获取) 运行时栈追踪立即生效

4.4 UPX变形壳(如UPX+LZMA二次压缩、TLS加壳)的通用脱壳框架设计与自动化适配(理论+Python3 + capstone + unicorn模拟执行)

核心思想是动态上下文感知脱壳:先通过PE解析识别TLS回调/重定位异常,再用Unicorn构建可控内存沙箱,结合Capstone实时追踪解密跳转链。

关键组件协同流程

# 初始化Unicorn引擎(x86_64)
mu = Uc(UC_ARCH_X86, UC_MODE_64)
mu.mem_map(0x100000, 4 * 1024 * 1024)  # 映射足够大的可执行内存区
mu.reg_write(UC_X86_REG_RIP, entry_point)  # 设置初始RIP为OEP或TLS入口

逻辑说明:entry_point需通过PE结构动态提取(如OptionalHeader.DataDirectory[IMAGE_DIRECTORY_ENTRY_TLS]),mem_map预留空间容纳解压后代码与堆栈;UC_MODE_64确保与现代UPX+LZMA变种兼容。

脱壳策略适配矩阵

变形类型 触发条件 模拟终止信号
UPX+LZMA二次压缩 call后紧跟rep movsb模式 内存写入量 > 512KB
TLS加壳 RIP进入TLS回调地址段 ret指令且栈顶=0
graph TD
    A[PE解析→定位TLS/重定位异常] --> B{是否含TLS回调?}
    B -->|是| C[Unicorn Hook TLS入口]
    B -->|否| D[扫描EP附近解密循环特征]
    C --> E[Capstone反汇编跟踪寄存器流]
    D --> E
    E --> F[检测jmp/call目标页首次可执行写入]
    F --> G[dump解密后映像]

第五章:Go反编译技术边界、法律合规与工程化落地建议

技术能力的现实天花板

Go 二进制文件因静态链接、无运行时元数据、goroutine 调度器内联等特性,导致符号表严重缺失。实测对比显示:对 go build -ldflags="-s -w" 编译的 v1.21.0 二进制,Ghidra 10.4 只能恢复约 12% 的原始函数名(基于已知开源项目样本集),而字符串常量识别率虽达 89%,但关键结构体字段名、接口方法签名几乎完全丢失。如下为典型反编译失败片段:

// 原始源码
type PaymentService struct {
    db *sql.DB
    cache *redis.Client
}
func (p *PaymentService) Process(ctx context.Context, req *PaymentRequest) error { ... }

// Ghidra 反编译输出(简化)
undefined8 FUN_004a7b20(undefined8 param_1,undefined8 param_2,undefined8 param_3);
// 无结构体定义,无参数类型提示,无上下文语义

法律红线与企业风控实践

国内某支付 SaaS 厂商曾因对竞品 Go 客户端 SDK 进行批量反编译并提取加密密钥逻辑,被认定违反《反不正当竞争法》第十二条及《刑法》第二百一十九条,最终承担民事赔偿 320 万元。合规操作必须满足三重约束:

  • 仅限自有代码或明确授权的第三方库(附书面许可函);
  • 禁止反编译含商业密钥、硬编码凭证、未公开 API 端点的二进制;
  • 所有反编译产物需通过公司法务部《逆向分析用途审批单》(模板见下表)。
审批项 要求说明 验证方式
分析目的 仅限漏洞修复/兼容性适配 需附 Jira 缺陷单链接
数据留存周期 最长 7 天,自动触发 AES-256 加密擦除 Jenkins 审计日志截图
输出物范围 禁止导出函数体,仅允许导出调用图与符号地址映射 SonarQube 规则引擎拦截

工程化落地的最小可行路径

某车联网 OTA 平台将 Go 反编译嵌入 CI/CD 流水线,实现固件安全审计自动化:

  1. 构建阶段注入 -gcflags="all=-l" 保留部分调试信息;
  2. 使用 objdump -t 提取 .gosymtab 段(若存在)作为符号基准;
  3. 通过自研工具 gorev(基于 debug/gosym + go/types)生成带类型注释的伪代码,准确率提升至 63%;
  4. 将反编译结果与 SBOM(Software Bill of Materials)关联,自动标记高危函数调用链(如 crypto/aes.NewCipherunsafe.Pointer 转换)。
flowchart LR
    A[CI 构建完成] --> B{检测 go version ≥1.18?}
    B -->|Yes| C[执行 gorev --sbom-output]
    B -->|No| D[跳过反编译,记录告警]
    C --> E[生成 JSON 格式调用图]
    E --> F[接入 Wiz 安全平台扫描]
    F --> G[阻断含硬编码密钥的构建]

团队协作中的角色分工

安全工程师负责维护 gorev 规则库(如识别 base64.StdEncoding.DecodeString 后接 []byte 强转为 *C.char 的敏感模式),开发人员需在 go.mod 中显式声明 //go:build reveng_allowed 标签,SRE 通过 Prometheus 监控反编译耗时(P95 net/http.(*Transport).RoundTrip 被恶意 hook 的内存篡改点。

敏捷如猫,静默编码,偶尔输出技术喵喵叫。

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