Dispositivos de seguridad de la información para comunicaciones por radio VHF. Codificadores.

Dispositivos de seguridad de la información para comunicaciones por radio VHF .

Ovchinnikov A.M., Lazin A.S.

Fuente: revista «Equipos especiales»

El artículo analiza los dispositivos de seguridad de la información — codificadores, que se pueden utilizar en comunicaciones por radio VHF.

Se describen los posibles principios de su implementación y los principales parámetros.

Se consideran modelos específicos de codificadores y se proporcionan sus características técnicas.

Muchos servicios de seguridad y diversas estructuras de seguridad utilizan comunicaciones por radio VHF en su trabajo para organizar las comunicaciones de despacho entre los empleados cuando protegen objetos, escoltan vehículos o realizan cualquier evento, etc.

En este caso, a menudo es necesario garantizar la protección de la información transmitida en las redes de radio locales.

Hay dos métodos principales para cerrar señales de voz:codificación analógica y muestreo de voz seguido de cifrado.

Codificadores

Los codificadores analógicos convierten la señal de voz original (sin convertirla a formato digital) de tal manera que al escuchar el canal utilizando una estación de radio que no está equipada con dicho dispositivo, se crean dificultades significativas para la inteligibilidad de la información transmitida.

En este caso, durante la codificación, la señal de voz convertida, que tiene propiedades de ilegibilidad e irreconocible, ocupa la misma banda de frecuencia del espectro que la señal original.

En dispositivos de seguridad de la información digital (ultrasonido ), los componentes del habla se convierten en un flujo de datos digitales y se mezclan con alguna secuencia pseudoaleatoria generada por un generador de claves.

El mensaje de voz cerrado así obtenido se transmite al canal de comunicación, en cuyo extremo receptor se realizan transformaciones inversas para obtener una señal de voz abierta.

Las principales características técnicas de los codificadores que deben evaluarse cuando La elección de un tipo específico de dispositivo de seguridad de la información son el nivel de cierre de la información, la inteligibilidad residual, la calidad de la restauración de la señal, la influencia en los parámetros de las estaciones de radio, el nivel de desempeño técnico (dimensiones, consumo, posibilidad de instalación en varios tipos de estaciones, etc.). ).

La característica más importante de un codificador para un usuario que quiere garantizar la protección de la información en sus canales de comunicación es el nivel de cierre de la información.

Cabe señalar que este concepto es condicional porque Hasta la fecha, no se han desarrollado estándares o reglas claras al respecto.

Al mismo tiempo, todos los ultrasonidos se pueden dividir condicionalmente en medios para proteger la información de interceptaciones involuntarias (es decir, de escuchas por parte de personas que no utilizan medios especiales para interceptar conversaciones de otras personas) y medios para proteger la información del acceso no autorizado (es decir, de escuchas por parte de posibles competidores, cuyo objetivo es precisamente interceptar conversaciones de otras personas, y están equipados con medios técnicos especiales para ello).

Naturalmente, los medios para proteger la información del acceso no autorizado, a su vez, se pueden dividir en varios niveles, proporcionando diferentes niveles de cierre de negociaciones en función del nivel de equipamiento del competidor.

En la literatura, a menudo existe una clasificación de ultrasonido basada en el tiempo que lleva descifrar la información después de su registro.

Sin embargo, dicha clasificación es más aplicable a sistemas criptográficos complejos con fines militares, en lugar de para redes de radiocomunicación VHF, donde el valor de la información transmitida no es tan grande y el peligro representa, por regla general, sólo la interceptación de conversaciones en tiempo real.

Por tanto, como criterio del nivel de cierre de la información para las comunicaciones por radio VHF, resulta más adecuado utilizar el coste de los medios técnicos que aseguren la interceptación de los mensajes en tiempo real.

Se entiende por inteligibilidad residual la grado de posibilidad de restaurar un mensaje de voz al escucharlo utilizando medios técnicos no equipados con este tipo de ultrasonido.

Hasta cierto punto, la inteligibilidad residual es una parte integral de las características del nivel de cierre de la información, sin embargo, la inteligibilidad residual caracteriza el grado de ilegibilidad de los mensajes cuando se escuchan sin el uso de medios especiales, y el nivel de cierre de la información lo muestra; la seguridad de las negociaciones incluso en caso de interceptación deliberada mediante equipos especiales.

Cuantitativamente, la inteligibilidad residual se puede evaluar mediante el porcentaje de fragmentos de mensajes recuperados al escuchar conversaciones utilizando equipos de radio no equipados con este tipo de ultrasonido. .

(A menudo, los requisitos de inteligibilidad residual se especifican como la clase de inteligibilidad del habla máxima permitida según GOST 16600 -72.)

Naturalmente, el mayor grado de protección de la información lo proporcionan los codificadores con una inteligibilidad residual mínima.

Cabe señalar, sin embargo, que casi todos los codificadores de voz analógicos conocidos conservan una inteligibilidad residual en un grado u otro.

En la señal de voz escuchada, protegida por un codificador, se almacena información sobre la velocidad de la voz y se capturan las pausas. Con métodos de protección simples, un operador experimentado puede distinguir (dependiendo de la disponibilidad de información sobre el tema de las negociaciones en curso) del 10 al 50% de la información transmitida.

La calidad de la restauración de la señal es la más importante característica operativa de los codificadores.

Está determinada por las distorsiones de la señal durante sus transformaciones de frecuencia o tiempo.

Puede expresarse mediante inteligibilidad (¡no debe confundirse con inteligibilidad residual!) y reconocimiento del habla restaurada.

La calidad aceptable o comercial del habla recuperada en el extremo receptor es cuando el oyente puede identificar sin esfuerzo la voz del hablante y el significado del mensaje hablado.

Se puede obtener una evaluación cuantitativa precisa de la inteligibilidad del habla midiendo el porcentaje de mensajes de prueba transmitidos correctamente durante largos y largos periodos de tiempo, pruebas de articulación que requieren mucha mano de obra.

La influencia de los codificadores en los parámetros de las estaciones de radio se manifiesta, en primer lugar, en el deterioro de su sensibilidad debido a ello. a una disminución de la relación señal-ruido en la entrada del receptor.

Además, cuando transformaciones de señal asociadas con Al cambiar cualquier parámetro de conversión de tiempo, se requiere un cierto intervalo de tiempo para sincronizar los dispositivos temporizadores de los lados transmisor y receptor. Esto obliga al operador a esperar entre presionar el botón pulsar para hablar en la radio y comenzar a hablar.

Como regla general, una disminución de la inteligibilidad residual va acompañada de un deterioro tanto de la calidad de la restauración de la señal como de los parámetros de las estaciones de radio. Esto se explica por el hecho de que, queriendo aumentar el grado de seguridad de la información, los desarrolladores recurren a varios trucos que conducen a distorsiones adicionales del espectro o de los parámetros de sincronización de la señal.

Para usuarios de VHF Para las comunicaciones por radio, es extremadamente el nivel de rendimiento técnico de los codificadores.

Porque Estructuralmente, los codificadores son unidades microelectrónicas de pequeño tamaño que se instalan en el interior cuerpo de radio, es preferible elegir ultrasonidos analógicos con dimensiones y consumo de energía mínimos.

Naturalmente, minimizar las dimensiones permite ampliar la aplicabilidad de los codificadores, ya que ofrece la posibilidad de su instalación en un mayor número de equipos de radio.

La mayoría de las estructuras de seguridad están equipadas con equipos de comunicación por radio VHF profesionales de empresas extranjeras como como Motorola, Kenwood, Yaesu, Standard, Alinco, Icom, etc., utilizando tipos analógicos de modulación de señal (frecuencia o fase).

Para este tipo de equipos de radio, la gran mayoría de los codificadores de voz analógicos se utilizan como dispositivos de seguridad de la información.

Las conversiones de señales en los codificadores analógicos se llevan a cabo en el dominio espectral o temporal.

Para codificadores de tamaño pequeño utilizados en estaciones de radio VHF, los siguientes tipos de conversión de señal se utilizan con mayor frecuencia:

— inversión de frecuencia de la señal;

— dividir la banda de frecuencia de la señal de voz en varias subbandas (generalmente dos) e invertir la frecuencia del espectro en cada una de ellas en relación con la frecuencia promedio de la subbanda;

— dividir la banda de frecuencia de la señal de voz en varias subbandas (generalmente cuatro) y sus permutaciones de frecuencia;

— dividir la señal en segmentos de voz y sus reordenamientos en el tiempo.

Según el modo de funcionamiento, los ultrasonidos analógicos pueden ser tanto sistemas estáticos, cuyos parámetros de conversión de señal permanecen sin cambios durante toda la transmisión del mensaje de voz, como sistemas dinámicos en los que los parámetros de conversión cambian con el tiempo (por ejemplo, cambiando la frecuencia del habla). banda de señal con una cierta periodicidad).

La inversión de frecuencia es el tipo más simple de codificación analógica.

En dicho codificador (inversor de frecuencia), se lleva a cabo una transformación del espectro de la voz, lo que equivale a rotar la banda de frecuencia de la señal de la voz alrededor de un determinado punto medio, actuando como una determinada clave del sistema.

En este caso se consigue el efecto de convertir frecuencias bajas en altas, y viceversa. Este método garantiza un bajo nivel de confidencialidad de la información, porque al interceptar, se establece fácilmente el valor de frecuencia correspondiente al punto medio de inversión en la banda del espectro de la señal de voz.

En la práctica, para interceptar conversaciones realizadas utilizando equipos de radio equipados con un inversor de frecuencia, basta con tener una estación de radio similar con la capacidad de seleccionar la frecuencia de inversión ($500-1000).

Además, Cabe señalar que la inteligibilidad residual suficientemente alta de los codificadores con inversión de frecuencia. Al mismo tiempo, los inversores de frecuencia tienen la máxima calidad de restauración de la señal y prácticamente no perjudican la inteligibilidad y el reconocimiento del habla.

Un codificador con dividir la banda de la señal de voz en subbandas con inversión de la señal de frecuenciaen cada subbanda (inversor de desplazamiento de banda).

En este caso, el punto de división actúa como clave del sistema. Sin embargo, este método de codificación analógica no proporciona un cierre fiable y tiene una inteligibilidad residual bastante alta.

Al igual que en el caso de la inversión de frecuencia, para interceptar conversaciones basta con tener una estación de radio equipada con un codificador similar, con la capacidad de seleccionar la señal de frecuencia de división.

Los codificadores de paso de banda, que utilizan un método para dividir una banda de señal de voz en varias subbandas con permutaciones de frecuencia de estas subbandas, tienen aproximadamente las mismas características en términos de nivel de cierre de información e inteligibilidad residual que los inversores de cambio de paso de banda.

En este caso, la clave del sistema es la combinación de códigos de permutación de bandas de frecuencia.

Se proporciona un aumento adicional en el nivel de cierre de información cambiando los parámetros de conversión de señal en el tiempo (codificadores dinámicos).

Para los métodos de conversión de señales de frecuencia, dichos parámetros clave pueden ser la frecuencia de inversión (para un inversor de frecuencia), la frecuencia de división de banda de la señal (para un inversor de desplazamiento de banda) o la combinación de permutación de frecuencia de subbandas de señal (para un inversor de banda). pasar codificador).

En este caso, el nivel de protección está determinado por el número de gradaciones del parámetro de señal, la longitud de la clave, es decir. el número de combinaciones posibles del parámetro, la tasa de cambio del parámetro.

Teóricamente, para interceptar mensajes en tiempo real en canales de comunicación protegidos mediante codificadores con parámetros de conversión variables en el tiempo, es necesario utilizar medios técnicos especiales que permitan determinar primero la secuencia de claves (es decir, las reglas para cambiar los parámetros de conversión de señales). y luego ajuste bajo la secuencia de teclas encontrada.

Al mismo tiempo, para muchos tipos específicos de codificadores con parámetros que cambian dinámicamente, la interceptación de conversaciones se puede realizar utilizando métodos más simples.

Los codificadores dinámicos, por regla general, son significativamente más caros que los codificadores con señal fija Los parámetros de conversión tienen una mayor influencia en las características de los equipos de radio y requieren una sincronización inicial, lo que limita su uso para algunas aplicaciones.

Junto con las conversiones de frecuencia, las conversiones de señales horarias se pueden utilizar en codificadores analógicos .

El tipo más simple de transformación de tiempo es la inversión de tiempo, en la que la señal original se divide en una secuencia de segmentos de tiempo y cada uno de ellos se transmite inversamente en el tiempo — desde el final hasta el principio.

Se ha demostrado que para lograr la ininteligibilidad del habla lenta, la longitud del segmento debe ser de unos 250 ms. Esto significa que el retraso en el canal de comunicación será de 500 ms, lo que puede resultar inaceptable en algunos casos.

Para aumentar el nivel de cierre, recurren al método de reorganizar segmentos de tiempo de la señal de voz dentro de un marco fijo.

La regla de reordenamiento es la clave del sistema, cuyo cambio puede aumentar significativamente el grado de cierre. cierre del habla.

La inteligibilidad residual depende de la duración de los segmentos de señal y de las tramas y disminuye a medida que estas últimas aumentan.

Se puede reducir el tiempo de retardo utilizando un codificador con permutación de segmentos de tiempo. con ventana corredera.

En él se limita el número de combinaciones de posibles permutaciones de tal forma que el retardo de cualquier segmento no supere el valor máximo establecido.

Cada segmento de la señal de voz original parece tener una ventana de tiempo dentro del cual puede ocupar un lugar arbitrario durante la codificación.

Esta ventana se desliza en el tiempo a medida que ingresa cada nuevo segmento de señal. En este caso, el retraso se reduce a la duración de la ventana.

Cabe señalar que existen otros tipos de codificación analógica más complejos como la rápida Transformada de Fourier (FFT), varias combinaciones de transformadas de tiempo y frecuencia, etc., sin embargo aún no han encontrado un uso generalizado en las comunicaciones por radio VHF. , debido a la complejidad de su implementación hardware en dimensiones aceptables y bajo consumo energético.

Los ultrasonidos son producidos tanto por fabricantes de radiocomunicaciones VHF para estaciones de radio de su propia fabricación (Kenwood, Standard, etc.) como por empresas especializadas en la producción de codificadores para radiocomunicaciones VHF de corto alcance.

En el mercado nacional de ultrasonido, estos últimos están representados por empresas como Transcrypt, Selectone, Midian, etc.

Además, también existen herramientas nacionales de seguridad de la información diseñadas para trabajar junto con estaciones de radio importadas. .

Presentaremos los principales modelos más famosos

El mayor número de modelos de codificadores conocidos implementan inversión de señalde frecuencia. Todos tienen parámetros similares.

Los modelos de codificador Selectone, como el ST-20 y el modelo posterior ST-022, estuvieron entre los primeros en aparecer en el mercado nacional.

ST-20 opera en el rango de frecuencia 300-2400 Hz y proporciona señal inversión relativa a 8 clasificaciones de frecuencia posibles en el rango de 2,6 a 3,7 KHz (la frecuencia de inversión se establece mediante software).

Rango de voltaje de suministro — de 5,2 a 18V, consumo actual — menos de 4 mA.

Rango de temperatura de funcionamiento — de menos 30 a +70 C.

Dimensiones totales – 20,96×38,20×3. 81 mm.

El modelo ST-022 se diferencia del ST-20 por un rango ampliado de frecuencias (hasta 3000 Hz) y tensión de alimentación (hasta 24 V), así como por unas dimensiones ligeramente reducidas (20x25x4 mm). ).

Costo de los codificadores Selectone — dentro de $40-60 (2010).

Los modelos más simples de codificadores Transcrypt SC20-400 y SC20-401 tienen características similares a ST-20 y ST-022;

Rango de frecuencia del habla, 4 opciones de frecuencia de inversión, voltaje de alimentación — de 5 a 12V, consumo de corriente — 3 mA, rango de temperatura de funcionamiento — de menos 20 a +60 C, dimensiones totales — 39x21x4 mm.

Costo de los codificadores — unos 50 dólares (2010).

La familia Midian de inversores de frecuencia ofrece al usuario la posibilidad de elegir un modelo específico para utilizarlo como parte de su equipo de radio.

VPU-1 y VPU-8 — codificadores de diferentes tamaños para uso en estaciones de radio dúplex (dependiendo de la modificación tienen diferentes frecuencias de inversión);

VPU-2 (15 frecuencias de inversión programables) y VPU-7 (una frecuencia de inversión fija) &# 8212; codificadores en miniatura que proporcionan solo operación simplex.

El costo de los codificadores oscila entre $35 y $70 (2010), sus parámetros se presentan en la Tabla 1

Kenwood produce el codificador KVS-1 para Úselo junto con sus estaciones de radio. Sus parámetros también se muestran en la Tabla 1.

El costo del codificador — $ 80 (2010).

Un codificador similar de la marca RSK-32 es producido por el Centro Científico y Técnico Ruso “INTER-WOK”.

Tabla 1.

Los inversores de cambio de banda desarrollados por STC “INTER-WOK” ofrecen una conversión de señal más compleja.

El principio de funcionamiento de los microconjuntos 04ХК011 (“Sonnet”), 04ХК012, 04ХК014А, 04ХК015А, 04ХК017А es dividir divide el espectro del habla en dos partes, baja frecuencia y alta frecuencia, cada una de las cuales gira alrededor de sus frecuencias medias.

Todas operan en el rango de frecuencias del habla — 300-3400 Hz, tienen pequeñas dimensiones y bajo consumo de corriente (en unidades de mA).

Es posible cambiar la frecuencia de la banda de señal de voz 04ХК014 -1 gradación, 04ХК015 — 2, 04ХК016А — 3, 04ХК017 y 04ХК018А — 4, 04ХК011 y 04ХК012 — 32 gradaciones.

Todos los microconjuntos funcionan con una tensión de alimentación de +5 V, excepto 04ХК011, que garantiza el funcionamiento en el rango de 6 a 13 V

Los codificadores especificados tienen una mayor Grado de cierre en comparación con la información de los variadores de frecuencia.

Los datos técnicos indican que los codificadores proporcionan una inteligibilidad residual de la voz (es decir, inteligibilidad cuando se escucha a personas no autorizadas) de no más del 10%.

Al mismo tiempo, se garantiza el mantenimiento de una alta calidad de la voz cuando se escucha a una estación de radio equipada con un codificador similar (manteniendo legibilidad de clase 1 cuando se mide de acuerdo con GOST 16600-72).

Los codificadores tienen dimensiones muy pequeñas (las dimensiones totales mínimas son — 15x15x6,5 mm — microconjunto 04ХК018А) y se instalan dentro de la carcasa de casi cualquier estación de radio.

El costo de los codificadores, incluido el coste de su instalación en una emisora ​​de radio oscila entre 50 y 80 dólares (2010).

El representante más famoso de la clase de codificadores de paso de banda en Rusia es el codificador tipo CVS-240 de la marca Standard ( marca registrada de la empresa Marantz), que se instala en equipos de radio producidos por este fabricante.El principio de su funcionamiento es dividir la banda de la señal de voz en 4 subbandas y reorganizar estas subbandas. El código de permutación se establece mediante puentes.

Según evaluaciones subjetivas (no se han realizado pruebas exactas), este codificador proporciona un grado de cierre de información comparable a los inversores de cambio de banda.

Sin embargo, durante la instalación del codificador en una estación de radio tipo HX240 de la marca Standard, se obtuvo una fuerte disminución en la inteligibilidad y el reconocimiento del habla.

Coste del codificador — $170 (precio de 2010).

Tramscrypt produce una amplia gama de codificadores dinámicos.

El principio de su funcionamiento es similar al de los inversores de frecuencia con un cambio en la frecuencia de inversión de la señal a lo largo del tiempo. Número de posibles frecuencias de inversión — 16.

Varios modelos de codificadores de esta empresa se diferencian en la velocidad de cambio del parámetro variable: desde 1 vez por segundo para SC20-406J y SC20-410 hasta 1000 veces por segundo para SC20-460 y SC20-500.

Los parámetros del codificador se presentan en la Tabla 2.

Además de la función de conversión de señal en sí, los módulos Transcrypt proporcionan funciones adicionales como llamadas selectivas y de emergencia, acceso selectivo y la capacidad de controlar remotamente una estación de radio a través de un canal de radio.

Estos módulos se instalan en emisoras de radio de diversas empresas, en particular Motorola Standard Johnson.

El rendimiento de los codificadores está garantizado en el rango de temperatura de funcionamiento de -30…+60 C.

Tabla 2

Existe una opinión sobre el alto grado de privacidad de la información que proporcionan estos codificadores, lo que obliga a los usuarios de radio a comprar módulos Transcrypt, a pesar de su alto costo.

Sin embargo, la validez de esta opinión parece, por decirlo suavemente , exagerado.

A pesar de la gran longitud de la secuencia de teclas (una secuencia pseudoaleatoria de cambio de frecuencia de la franja de señal), el número real del valor del parámetro variable es pequeño (16) y no proporciona un cierre confiable.

Como lo demuestran los estudios de equipos de radio equipados con codificadores, modelos SC20-410, al escuchar conversaciones utilizando una estación de radio con un inversor de frecuencia instalado con una frecuencia de inversión de señal fija, se puede distinguir entre el 50 y el 80% de la información transmitida.

El principio de funcionamiento de los codificadores requiere la sincronización de los equipos de radio transmisores y receptores, lo que requiere que el operador haga una pausa después de presionar PTT «transmitir» en la estación de radio.

Para los módulos Transcrypt, el tiempo de sincronización es de 300 a 500 ms

Midian produce una familia similar de codificadores dinámicos MOT-TVS/VPU-10.

Los parámetros de la VPU- 10 son similares a los del SC20-406J y el SC20-410 cambia la frecuencia de inversión una vez por segundo.

Los codificadores TVS-1 y TVS-2 tienen mayor velocidad (no hay datos exactos sobre la frecuencia de conmutación de la frecuencia de inversión) y también proporcionan funciones de servicio adicionales similares a los codificadores de Transcrypt.

Información más detallada sobre los parámetros técnicos de los codificadores dinámicos de Midian no

Las conversiones temporales las lleva a cabo un codificador desarrollado por el Instituto de Investigación de Equipos Microelectrónicos (NIIMA) “Progress” (símbolo Ml).

Está fabricado en forma de micromódulo sin paquete sobre un sustrato cerámico utilizando LSI delta especializados: codificador y decodificador delta, dispositivo de cifrado y memoria.

La señal de voz que llega a la entrada es convertida por el codificador de códec delta adaptativo en formato digital y registrada en la memoria como una secuencia de segmentos de voz.

Un cuadro se forma a partir de 32 segmentos.

De acuerdo con el código grabado, el dispositivo de cifrado crea una secuencia pseudoaleatoria de permutaciones de estos segmentos en el cuadro.

Después de las transformaciones de tiempo, el decodificador del códec delta adaptativo restaura la señal de voz original dentro cada segmento en la salida del codificador.

En el modo de recepción de señal de sincronización, se realizan sincronización de cuadros y transformaciones inversas para restaurar la señal original.

El uso de LSI especializados permite, con un consumo de energía de 75 mW, garantizar una calidad satisfactoria de restauración de la señal de voz. y baja inteligibilidad residual (3-5%) Dimensiones totales del codificador 42x15x3 mm.

Como se puede ver en la revisión, los usuarios de comunicaciones por radio VHF tienen una amplia variedad de herramientas de seguridad de la información para sus estaciones de radio y redes de radio locales.

Puede comprar codificadores analógicos de empresas que suministran comunicaciones por radio móviles.

Los especialistas de estas empresas te sugerirán el modelo scrambler y lo instalarán en tus emisoras de radio.

Al mismo tiempo, para aquellos que deseen adquirir equipos de radiocomunicaciones VHF que garanticen la seguridad de la información, todavía nos gustaría recomendar que al comprar equipos de radio aborden el problema de manera integral, es decir, en la etapa inicial, determinen los requisitos para el nivel de seguridad de la información para no revisar su enfoque sobre este tema ya durante el funcionamiento del equipo de radio, lo que, por regla general, es más difícil y más costoso.

Al comprar un lote grande de equipos de radio equipos de comunicación, es recomendable consultar a especialistas independientes (y no a una empresa interesada en vender principalmente sus productos).

Además, esto, como se desprende de la revisión de los modelos presentados, debe tenerse en cuenta. Tenga en cuenta que los codificadores analógicos nunca brindarán protección contra escuchas intencionales de sus conversaciones.

Al mismo tiempo, los costes económicos de quienes planean interceptar sus comunicaciones no serán un obstáculo para ellos. Para proteger de forma fiable la información transmitida, es necesario utilizar estaciones de radio con transmisión de señal en formato digital con un determinado algoritmo de enmascaramiento.

Dicha protección se puede proporcionar mediante el uso de estaciones de radio digitales significativamente más caras o el uso de ultrasonido digital para equipos de radio analógicos, cuyo desarrollo es llevado a cabo por varias organizaciones

Literatura

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