《区块链uc berkeley白皮书》解读

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Abstract

区块链本质上是,记录了所有交易或者数字事件的分布式数据库,也可以认为是一部公共账簿,可以由所用的参与方访问并且记录。而账簿上每一笔交易的添加,需要通过整个交易体系中大多数参与者的准许,需要遵循一定的标准。而信息一旦被记录在这个公共账簿上,则永远不能被删除。区块链上保留每一笔交易的确切信息,并能够通过一定的方法进行验证。比特币,一种去中心化的点对点数字化货币,是区块链技术的最著名应用。比特币作为一种数字货币本身充满了争议,然而其背后的区块链技术是一种极为优秀的技术,在金融和非金融领域都得到了广泛的应用。

区块链技术的基础是,其在网络空间建立了一种分布式的一致性标准(distributed consensus),対所有的事件在公开账簿上创建确切的无法篡改的记录,让区块链中所有的参与方能够确切、可信的了解所有发生的事件。区块链技术,可以用来创建一个民主、开放的并且易扩展的数字经济生态,以取代当前的集权式生态。这项颠覆性的技术中蕴含着海量的机会,这场变革才刚刚拉开序幕。

这份白皮书介绍了区块链技术,和一些区块链技术在金融和非金融领域令人瞩目的应用,然后分析展望了区块链技术未来的挑战及蕴含的商机。

Introduction

区块链本质上是,记录了所有交易或者数字事件的分布式数据库,也可以认为是一部公共账簿,可以由所用的参与方访问并且记录。而账簿上每一笔交易的添加,需要通过整个交易体系中大多数参与者的准许,需要遵循一定的标准。而信息一旦被记录在这个公共账簿上,则永远不能被删除。区块链上保留每一笔交易的确切信息,并能够通过一定的方法进行验证。对区块链的意义,可以做个简单的比喻,从一个藏起来的糖果罐中悄悄偷一块饼干,要比从几千个人一直盯着的糖果罐中偷饼干难多了。

比特币是区块链技术最著名的应用,也是最具争议的一个,因为比特币技术帮助建立了一个数十亿美金规模的、不收各国政府监管的匿名市场,因此其受到了许多政府和行业协会的管制。

然而区块链技术本身是一种没有任何争议且极为优秀的技术,在金融和非金融领域都得到了广泛的应用。去年,硅谷首席投资者Marc Andreessen将区块链的分布式一致性模型列为互联网后最重要的发明。法国巴黎银行的Johann Palychata在Quintessence magazine中写到,比特币背后的区块链技术,有成为向蒸汽机、燃气机一样划时代发明的潜力。

当前数字经济是建立在对特定的权威机构的信任依赖上的,当前的网络活动的可靠性、完成性等信息,主要是通过服务的提供方或其它参与方来获取,如邮件服务商告诉我们邮件已经发送了,某个在线证书机构告诉我们哪些证书是可信的,社交服务提供商告诉我们我们的分享只会被好友看到,银行告知我们钱已经远程汇给了亲人。以上这些事实表明了一点,我们在数字世界中的行为必须小心谨慎,因为我们的隐私和财产安全都依赖于第三方实体,而这些第三方资源可能被破解、篡改或者盗用。

这就是区块链技术显示其优越性的地方了。区块了技术,可以对所有过去、当前的在线行为,包括资产,建立分布式的一致性表述(distributed consensus),可以在记录之后的任意时刻进行核实确认,而且并不需要牺牲数字资产的隐私性,也不需要第三方的参与。分布式一致性和匿名性是区块链技术的两个关键特征。

区块链技术的优越性远超过其带来的监管问题和技术难度。一个最近出现的区块链技术的应用是”智能合同(smart contracts)”,智能合同本质上是可以自动执行合同条款的计算机程序,当智能合同中预先设置的条款得到满足时,则合同的参与方会自动完成支付。

智能资产(smart property)是和智能合同相关的另一概念,它利用智能合同来控制财产或资产的所有权。财产可以是汽车、房屋、手机等真实资产,也可以使公司股票等虚拟资产。

区块链技术在金融和非金融领域都得到了广泛应用。

金融机构和银行不再将区块链技术看作是对传统商业模式的威胁。世界上最大的银行正在相关的新兴区块链技术研究,希望能够在这个领域中抓住机遇。在最近的以此采访中,爱沙尼亚LHV银行的Rain Lohmus表示,他们发现在某些银行和金融应用中,区块链技术是最安全和最能够经受考验的技术。

非金融领域的机遇同样巨大。我们可以想像,可以将所有的法律文档、健康记录、公证信息、结婚记录等凭证信息都放到区块链中,通过保存数字资产的数字指纹,而不是数字资产本身,可以实现匿名性和隐私性的目标。

在这篇报告中,我们着眼于区块链技术对各个行业带来的影响。区块链技术有成为经济增长新引擎的潜力,在当前我们越来越习惯通过互联网操作我们的数字资产和其它生活事宜的背景下。

在这个领域蕴含着海量的机会,变革才刚刚开始。在报告中,我们选取了几个区块链技术的关键应用,包括公证、保险、隐私保护和几个其它有趣的非金融领域的应用。首先我们简要介绍一下区块链技术的历史和技术本身。

Section I: BlockChain Technology

1. 比特币历史简介

2008年,一个自称为“中本聪”的个人或者机构,发表了一篇名为“比特币,一种点对点的电子现金系统(Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System)”。这篇文章描述了一种点对点的电子现金,可以在一方到另一方的交易中使用,而不需要第三方金融机构的参与。比特币第一次实现了这种概念。现在,加密货币(cryptocurrency)以此专门用来指哪些用来在交易中使用,能够保障加密性,而不需要一个受信任的中心实体的体系。

这个第一篇文献的作者希望保持匿名,因此没有人指导中本聪是谁。几个月以后,一个开源软件实现了论文的原型,并发布了最开始的50个创世区块。任何人都可以安装这个开源程序,并成为点对点比特币网络中的一部分。之后,比特币变得越来越流行。

2008

8月18日 域名“bitcoin.org”注册

10月31日 比特币设计书发布

11月9日 比特币项目在SourceForge.net上注册

2009
1月3日 18:15:05,创世区块生成
1月9日 Bitcoin软件v0.1版本发布
1月12日 第一笔比特币交易产生,170个区块从中本聪到Hal Finney
比特币的热度一直在增长,而比特币背后的技术逐渐找到了超出金融领域的应用。

2. 区块链技术原理简介

我们通过介绍比特币的工作原理来解释区块链技术的原理,因为本质上,区块链技术是源自比特币技术,当然,区块链技术能够应用于任意的在线资产活动或交易。

一般来说,在线商务活动必须由一个商务机构来担任受信第三方,处理、传达整个电子交易过程。受信第三方的作用是,验证、保护交易的安全,而且在线交易中不可避免的会发生一定比例的欺诈交易,需要通过金融机构来进行判断、仲裁,这些都导致了很高的交易成本。

比特币利用加密的身份证明(cryptographic proof)来代替受信第三方,帮助交易双方在线完成交易。通过数字签名来保护每一笔交易,每一笔交易都在使用发送方的私有密钥签名后,发送给接收方的公有密钥。为了把钱花出去,加密货币的所有者需要证明自己对私钥的所有权,收到数字货币的一方,对数字签名进行确认。

每一次交易会广播给比特币网络的所有节点,在经过验证后,会记录在一个公共账簿中,每一笔交易需要首先进行有效性验证,才能够被收录进公共账簿。验证节点在记录任何交易之前需要确保两件事:

  1. 消费者拥有加密货币——交易的数字签名确认。
  2. 消费者的账户中有数量充足的货币:检查公共账簿中记录的消费者账户发生过的每笔账户,保证其有足够的货币。

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区块链原理
然而,在这些交易广播给比特币网络中的其它节点时,存在顺序问题。这些交易有可能并不是按照他们发生的顺序传送到某个节点的,因此必须有一个机制,保证货币的重复消费不发生(如果没有按照顺序记账,有可能认为,同一笔钱被重复花了2次)。交易在比特币网络中是点对点传播的,因此,对网络中的一个节点来说,不能规定、保证它收到的交易的顺序。

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这意味着,比须设计一种机制,使得整个比特币网络能够对于交易的正确顺序,达成唯一的正确共识,对于分布式系统来说,并不是一件容易的工作。

而比特币通过一种被成为区块链(blockchain technology)技术的机制,解决了这个问题。比特币系统将交易分组存放在不同的区块中(blocks),同一个区块中的交易被认为是同时发生的,然后各个区块按照时间顺序一个一个的连结起来,像链条一样,每个区块包含前一个和后一个区块的哈希值。

现在仍然存在一个问题,网络中的任何节点都可以收集未经确认的交易,然后创建一个节点,再把这个区块广播给其它节点,作为区块链的下一个区块,那么网络如何决定区块链的下一个区块是哪一个呢?可能同一时间会有多个不同的节点生成新的区块,节点不能依靠接收到区块的顺序来决定。

比特币通过引入一个数学难题来解决这个问题:每个区块只有当其包含有对一个特殊的难解数学问题的解,才会被接受作为区块链的一环。这也被称为工作证明(proof of work),生成区块的节点,需要证明本节点投入了足够多的运算资源去求解一个数学难题。比如,一个节点可能会被要求寻找一个特定解,当其和前一个区块以及交易求哈希值时,得出的解的前特定位数都是0,求这个问题的平均耗时是求单次哈希值的n次幂(n是0的位数)。

假设所要解的数学难题的难度可以被调整到,一个节点需要10分钟才能获得一个正确解,并产生一个区块,这样,在特定时刻,多个节点会同时生成区块的可能性就变的很小。第一个解出问题的节点会把区块广播到剩余的其它节点。然而,在某些情况下,依然同时会有超过一个区块生成,会导致区块链产生多个可能的分支。但由于问题十分复杂,区块链仍然是十分稳定的,意思是每个节点对于回退数个块的区块链结构是一致的。贡献计算资源解数学问题生成区块的节点被称为“矿工节点”,一般会得到一定的奖励。

比特币网络只接受最长的一条区块链作为有效的区块链,这样,对于攻击者来说,引入一个虚假区块不仅需要解一个数学问题,而且需要和其它正常的节点竞争,生成所有的后续节点才能使其它节点接受自己的区块链作为有效链,这变得几乎不可能。

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Section II: Existing Market

区块链技术在金融和非金融领域都得到了应用,可以在传统需要受信第三方对交易等活动进行验证、保护的场合发挥作用。“智能合同smart contracts”的概念在1994年就被Nick Szabo提出了,对于参与方来说,自动执行的合同是极为先进诱人的概念,但直到加密货币和的概念成熟,自动合同才有可能被实际应用。现在,区块链和智能合同两个程序可以共同协作,在合同条件达到时,触发支付。智能合同是加密货币领域的重要发展方向。

智能合同是能够被计算机强制执行的合同,使用区块链技术,智能合同可以更容易签署、验证和执行。开源社区如Ethereum和Codius使用区块链技术建立智能合同。现在许多使用比特币或者区块链技术的公司都开始对智能合同提供支持。最常见的应用场景是,资产在达到特定条件时,从一方转移到另一方,之前需要律师或者银行提供的公证、保障服务可以使用区块链技术替代。

Ethereum为它自己的可编程平台实现了大量令人兴奋的功能。Ethereum允许任何人创建自己特有的加密货币,并使用加密货币执行、支付智能合同。Ethereum自己本身具有自己的加密货币体系,可以用来购买其提供的服务。Ethereum的技术已经为多个领域的应用提供了技术支持,包括政府机构、匿名银行、无钥匙系统、众筹、金融衍生物交易等,都可以使用智能合同完成相关活动。

除了加密货币外,还存在范围广泛的其它领域的区块链应用。当前,工业界主要有一下3个代表性技术,可以支持其它领域的应用,并且能够克服一些比特币技术的现有缺陷。

Alternative Blockchains是利用区块链算法,对特定数字财产建立分布式一致性管理的技术。它可以和上级网络,如比特币网络共用矿工节点,被称为融合挖矿,可以被用来实现如DNS、SSL证书认证,文件存储等应用。
Colored Coins是一个开源协议,描述了一系列可以在比特币区块链基础上,创建数字财产的技术,其作用远超过数字货币。
Sidechains是在比特币体系下支持的另外一种区块链技术,正如美金和英镑的价值是由黄金支撑的。可以存在数千条sidechains对应比特币,每个sidechains的特点和目的都不相同,他们的稀缺性和流动性都由比特币区块链来保证。这也,比特币区块链当然也能够在sidechains的帮助下添加新的功能,相关技术已经得到了实验验证。
包括IBM,三星,Overstock,亚马逊,UBS,Citi,Ebay,Verizon等企业,都已经为自己的应用开发出基于区块链的各种应用,世界上最大的九家银行包括Barclays和Goldman Sachs最近加入了以纽约公司R3为代表的行列中,期望开放一个适用于金融市场的区块链框架。这是各家银行首次共同合作来开发区块链应用。世界领先的银行如JPMorgan,State Street,UBS,Royal Bank of Scotland,Credit Suisse,BBVA和Commonwealth bank of Australia都是相关创始者。

下面对相关的代表应用和计划,以及企业进行简短的介绍。

Section III: Applications of Technology-Compelling Use Cases in both Financial and Non-Financial Areas

1. 金融应用

1.1 私有证券交易

一个公司,如果所有的事务、交易等,都是公开的话,将付出巨大的代价。所以一般来说,必须有银行等机构,对相应的交易进行担保,才能吸引投资者。在股票市场,需要股票交易所将发行的股票列出,供二级市场以很快的速度达成交易或进行清算。而在区块链技术出现后,公司可以直接利用区块链发行自己的私有股票,下面是一些例子:

NASDAQ Private Equity(纳斯达克私募基金):纳斯达克在2014年开始了私募基金交易业务, 为拟上市公司和私有公司提供了股权结构交易和投资者关系管理等基本功能。这个市场内股权的交易十分低效且速率很低,因为必须引入第三方来完成交易。为了解决这个问题,纳斯达克使用了旧金山一加初创公司chain.com的技术,在区块链技术的基础上实现了私密化的基金交易。chain.com利用区块链技术,建立进行股权交易的智能合同,这项技术被认为是快捷、可追溯、高效的。
Medici是在基于比特币2.0技术建立的协议Counterparty基础上实现的一个证券交易所,目标是成为最前沿的股票市场。Counterparty是一个协议,利用自执行智能合同技术(self-executing smart contracts)实现了传统的各种金融工具,这些智能合同签署不需要物理合同,通过区块链技术实现了合约的签署、核验以及执行,这个过程不需要律师、交易所或银行来作为中介机构。
Blockstream是一个致力于sidechain的开源项目,能够互相协作的区块链,可以解决加密货币体系中存在的碎片化、安全等问题。应用范围包括证券注册,如股票,债券集其它衍生物等,来保证存款和贷款安全。
Coinsetter是一所纽约的比特币交易所,使用Project Highline,利用区块链技术,在T+10分钟内完成金融交易的签署、结清,而传统交易一般需要T+3或者T+2日。
Augur是一个去中心化的预测市场,允许用户预测事件的各类结果,买入或卖出股票。
Bitshares是利用区块链技术实现的数字代币,其参考是特定的资产,如现金或者大宗商品。这些代币的持有者可以从对应商品的变化中获取利润,如黄金,石油,美金等。
1.2 保险业

可以使用一个或多个独有标志标记身份属性的非易损性、难复制的资产,可以在区块链上进行注册。注册后,可以用来确认资产的所有权,并能够对交易历史进行追溯。任何资产,包括真实资产和虚拟资产,如房地产、汽车等贵重资产,都可以利用这些技术,而保险公司或者承保人,可以利用区块链来确定资产的所有者。

Everledger使用区块链技术对钻石的认证和交易记录创立永久性的账簿,每块钻石的特有特征如长宽高,深度,颜色等,被加密保存在账簿中。钻石的验证可以通过保险公司、法律机构、所有人等来完成,Everledger提供了响应的网页借口,供保险公司来查看钻石情况,创立/阅读/更新钻石的所有权声明,并发布、阅读更新钻石的失窃报告。

2. 非金融应用

2.1 公证服务

可以使用区块链技术来确定文件的真实性,而不需要相应的权威公证机构或公证员.文件认证服务可以帮助进行文件的所有权证明、存在证明、完整性证明。伪造的证明可以被独立的第三方核实发现,并进行法律惩罚。使用区块链技术进行公证保护了文档的私密性和需要进行公证的用户的身份,将文件的公证证明和文件本身使加密后发布到区块链中,安全可靠性远超过传统的公证时间戳记录技术,且不需要昂贵的费用并避免了纸质文件的传送。

Stampery是一家使用区块链技术为电子邮件和任何文件添加电子印章的公司。

Block Notary是一款利用TestNet3或者比特币网络,来为任意电子内容如照片、文件等,创建存在证明的iOS程序。

Crypto Public Notary使用比特币的区块链技术来为文件进行公证,其使用少量的比特币,来记录文件在公共区块链中的校验和。

Proof of Existence是另外一个使用比特币区块链技术的服务,其使用区块链记录文件的SHA256值。

Ascribe是利用区块链技术提供著作权认证的公司,同样为原作者提供所有权变更服务。

2.2 音乐产业

随着互联网上在线流媒体服务的不断发展,音乐产业在过去十年经历了巨大的变革,对音乐产业的所有从业者造成了很大的冲击,包括艺术家,出版商,词作者,流媒体提供商等。如何确定一首作品的版税一直是一个极为复杂的过程,在互联网时代变得更加复杂,艺术家和词作者需要更为透明的版税支付方法。

区块链技术可以建立并维护一个覆盖广泛的、精确的分布式数据库,在一个公共账簿上记录音乐的所有权信息。除了所有权信息外,还可以将每次版税分成通过智能合同添加到数据库中去,智能合同会规定利益相关者的分成并自动执行。

2.3 分布式存储

云存储服务,如Dropbox, Google Drive, One Drive等服务在文件存储领域中得到越来越广泛的应用。尽管这些服务十分流行,但都在安全性、隐私性和数据管控方面存在着各样的隐患和挑战,最大的问题是,用户必须放心由一个第三方来保管自己的机密文件。

Storj是一个基于区块链技术的点对点存储平台,用户可以在不需要第三方参与的情况下传输、分享文件。用户可以分享的自己个人电脑上的闲置存储空间和网络带宽供其它用户存储文件,并获得比特币回报。

去中心化的存储控制方式,可以避免大多数传统的数据灾难和故障,显著提升了数据的安全性、隐私性和可控性。Storj平台依靠一个非中心化的算法来为网络中贡献资源的用户提供奖励,周期性的检查文件的完整性,并为保持了文件完整性的用户发放奖励,平台使用一条单独的区块链存储文件的元数据,使用比特币方法奖励。

2.4 分布式IoT

在工业界和消费界,物联网(IOT)正变得原来越流行,大部分物联网平台基于中心化的控制模型,设备间的互动需要通过中介或者节点交换设别来控制,然而,当大量设备需要自动进行设备间互动时,这样的方式会变得不可靠,需要实现去中心化的分布式物联网平台。

区块链技术可以用来实现分布式物联网平台,能够进行安全可靠的数据交换,并进行记录。在物联网中,区块链可以作为一个通用记录簿,记录所有设备间的受信互动。

IBM正在和三星合作,开发一个称为ADEPT的平台(Autonomous Decentralized Peer To Peer Telmetry),利用比特币相关技术实现分布式物联网。ADEPT使用了三个协议:BitTorrent(文件分享),Ehereum(智能合同),TeleHash(点对点通讯)。

Filament是一个提供分布式物联网服务的初创公司,其利用比特币区块链技术,每个设备在公共记录簿中有唯一的ID。

2.5 基于区块链的防伪技术

防伪是现代商业活动中最具挑战的问题,特别是在当今电子商务极为普及的情况下,现有的方案依赖于出售商品的第三方的信用,有时候会让消费者和生产商之间产生误会与摩擦。

分布式的区块链技术为现有的防伪机制提供了另外一种解决方案,可以设想一下,如果生产商,销售商都是区块链网络中的一个节点并保存着商品的认证信息,则各个参与方都不需要其它第三方来证明商品的真实性。

BlockVerify利用区块链技术建立了防伪机制,保证了供应链的透明度,在药品,奢侈品,钻石,电子品供应领域得到了应用。

2.6 互联网应用

Namecoin是另外一种区块链技术,用来实现分布式的域名服务器(DNS),可以避免网络审查。当前的DNS服务器收到政府和大企业的控制,可能会被进行审查,注入式攻击或监控用户的行为。使用区块链技术意味着DNS记录可以去中心化的保存,每个用户电脑上都可以保存一份可靠的DNS服务表。

Public Key Infrastructure(PKI)技术被广泛的用于数字证书的分发和管理,每个设备需要拥有一个证书颁发机构(CA)的根证书来核实数字签名,PKI当前得到了广泛的应用也取得了巨大的成功,然而其依赖于中心机构颁发根证书的方式面临巨大的扩展性挑战。

利用区块链技术的Keyless Security Infrastructure(KSI)技术可以解决PKI技术的局限,KSI可以利用区块链的签名认证功能实现证书的核验。

Section IV: Risks for Adoption

区块链技术是一项突破性的革命技术,就像之前描述的一样,有很多应用和问题可以通过采用区块链技术来解决,包括各类金融和非金融应用。大部分应用带来了革命性的革新,但同时,区块链技术的应用也会带来响应的风险。

行为模式的改变:这种改变是经常发生的,但是许多人抗拒改变。区块链技术建立了一个不需要权威第三方的体系,用户必须适应并且相信他们的电子交易是安全、隐私并且完整的。支付中介机构如Visa、Master出现的时候,消费者同样经历了角色和责任的转变。

规模的扩展:现有的一些列基于区块链的初期服务当经历扩展时会有挑战。假设你第一次运行某个区块链服务,你必须经历下载整个现有区块链并进行验证的过程,这会花费数个小时,随着区块数量的增长,时间还会大幅增长。

启动问题:将现有的合同、商业文件等迁移到区块链上需要大量的工作量,可能花费大量的时间和成本。

政府管制:政府机构如FTC、SEC可能发布新的法律来阻止区块链技术的快速普及。

非法活动:由于区块链交易的匿名性和对资产的快速转移性质,一些非法分子可能会利用区块链进行非法活动,如地下交易等。但通过采用足够的技术和监管手段,执法机构能够对这些活动进行监视和打击。

量子计算:区块链技术的基础是,单个节点或者单个一方由于计算资源的限制,是不可能和整个系统进行竞争的,但如果为来量子计算机得到实现,则密钥有可能通过短时间内的暴力计算破解,会导致整个系统崩溃。到时可以采用更强方式加密的密钥,使得其不容易得到破解。

Section V: Corporate Funding & Interest

2015年,比特币流通量和价格在9到10月达到高点,在消费市场,比特币在交易中的使用率一直在升高,不光是比特币爱好者看好比特币的前景,资产研究公司如Wedbush预计比特币会涨到600美金每比特币。

对比特币的热情一部分是因为越来越多的资金进入了这一领域。2015年底,比特币和区块链相关公司收到了破纪录的10亿美金的投资。美国运通,贝恩资本,德勤,高盛投资,万事达,纽约人寿,纽约股票交易所,都在近期投入了千万级美金的资金进入区块链领域。

企业对比特币和区块链技术的投资在多个领域不断增长。纳斯达克希望利用区块链技术,创造一个更加安全、高效的股票交易体系,DocuSign 和 Visa都准备将区块链技术利用到车辆租赁行业中。微软披露了其基于区块链的智能合同产品。许多公司在自己内部创建一个小型的区块链体系,称为“private blockchains”,他们使用BlockCypher公司的区块链技术来帮助提高自己的业务能力。

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VC funding in Sept/Oct 2015

Section VI: Conclusions

总的来说,区块链技术是比特币技术的主干。其能够安全的实现分布式的公共账簿,并实现各类功能,使得其当前在金融和非金融领域的各个领域有巨大的吸引力。

各方对于基于区块链实现的商业应用有着巨大的兴趣,因此现在有大量的创业公司在进行相关的工作,区块链技术也面临着如前描述的各种挑战。许多大型金融机构如VISA、万事达、纳斯达克都在投资进行区块链在自身业务中应用的研究,同时希望发现基于区块链的新的业务模式,希望能够在区块链的监管环境发生变化之前取得一定的成果。

作者:InitalHeart 

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