Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, pero a menudo solo se pueden lograr dos de ellas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, la gente ha estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el desarrollo actual de la blockchain.
La descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain se definen de manera simple como sigue:
Descentralización: Cualquiera puede convertirse en un nodo para participar en el sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización, asegurando que la red no esté controlada por unos pocos grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo necesario para obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, pudiendo resistir ataques de un mayor porcentaje de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió de problemas de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones, la red Bitcoin con un límite de bloque de 1MB comenzó a enfrentar congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido diferencias sobre el problema de escalabilidad, con un lado apoyando la expansión de bloques y el otro apoyando el uso de SegWit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, el lado que apoyaba la expansión de bloques desarrolló un sistema de cliente de 8MB, lo que provocó la primera bifurcación dura significativa de Bitcoin y el nacimiento de la nueva criptomoneda BCH.
La red de Ethereum también elige sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización, limitando el volumen de transacciones a través de un límite en las tarifas de gas de bloque. Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de aplicaciones como DeFi, GameFi y NFT, la demanda de rendimiento en el mercado ha ido en aumento, pero Ethereum solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo, lo que resulta en un aumento de los costos de transacción y un mayor tiempo de liquidación, dificultando la sostenibilidad de la mayoría de las DApp. Toda la red se ha vuelto lenta y cara, y es urgente resolver el problema de la escalabilidad. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de las transacciones y el rendimiento tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Según el estándar de "si se cambia una capa de la red principal", se pueden clasificar los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain.
2.1 Expansión on-chain
Concepto clave: solución para lograr un efecto de escalabilidad al modificar una capa del protocolo de la red principal, actualmente la principal solución es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, aquí se enumeran brevemente dos:
Opción uno: ampliar el espacio del bloque, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos de los dispositivos de los nodos y reducirá el grado de descentralización.
Opción dos: fragmentación, dividir el libro mayor de la blockchain en varias partes, donde diferentes nodos son responsables de diferentes registros, y el cálculo en paralelo puede manejar múltiples transacciones simultáneamente; puede reducir la presión de cálculo de los nodos y la barrera de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización; pero la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de red principal puede tener efectos negativos impredecibles; pequeñas vulnerabilidades de seguridad en la capa subyacente pueden amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría llevar a bifurcaciones o interrupciones en la actualización de reparaciones.
2.2 off-chain expansión
Concepto central: solución de escalado que no altera el protocolo de la capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
Las soluciones de Layer2 incluyen:
Canal de estado
Cadena lateral
Plasma
Rollups( resúmenes optimistas y resúmenes de conocimiento cero)
Otras opciones incluyen:
Validador
Validium
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la red principal al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, realizando las interacciones entre usuarios off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones, logrando que el número de transacciones no tenga límites.
Los canales de estado son un protocolo P2P sencillo, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como los juegos de mesa para dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma en la cadena principal, que controla los activos depositados, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas. Los participantes depositan fondos y los bloquean después de desplegar el contrato, y el canal se abre oficialmente tras la confirmación de firma de ambas partes. El canal permite transacciones off-chain gratuitas ilimitadas ( siempre que el monto total de las transferencias no exceda los tokens depositados ). Los participantes envían actualizaciones de estado por turnos y esperan la confirmación de firma de la otra parte. Normalmente, las actualizaciones de estado no se suben a la cadena principal, solo se depende de la confirmación de la cadena principal en caso de disputas o al cerrar el canal. Al cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud en la cadena principal; si se obtiene la firma unánime, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, se debe esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
Los canales de estado pueden reducir significativamente la carga computacional de la red principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.
3.1.2 Línea de tiempo
2015/02: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican el borrador del libro blanco de la red Lightning
2015/11: Jeff Coleman resumió sistemáticamente el concepto de State Channel por primera vez.
2016/01: Joseph Poon y Thaddeus Dryja publican oficialmente el libro blanco de la red Lightning de Bitcoin
2017/11: Se propone el primer estándar de diseño de State Channel basado en el marco de canales de pago, Sprites.
2018/06: Counterfactual propuso un diseño detallado de Canales de Estado Generalizados
2018/10: Se propusieron las redes de canales de estado generalizados, así como los conceptos de redes de canales de estado y canales virtuales.
2019/02: El concepto de canales de estado se amplía a N-Party Channels, Nitro es el primer protocolo basado en esta idea.
2019/10:Pisa para resolver el problema de que los participantes deben estar en línea de forma continua, amplía el concepto de Watchtowers.
Flujo de trabajo tradicional en cadena: los usuarios interactúan con el contrato inteligente de la red principal, enviando transacciones para cambiar el estado del contrato. La desventaja es que conlleva problemas de tiempo y costo.
Flujo de trabajo del canal de estado:
El usuario depositará fondos en la dirección del contrato de la red principal, bloqueando los fondos hasta que el canal se cierre.
Los usuarios pueden realizar transacciones ilimitadas off-chain, comunicándose a través de mensajes firmados criptográficamente.
Si se necesita cerrar el canal, el usuario debe enviar el estado final al contrato.
Si la otra parte aprueba la firma, el contrato distribuirá los fondos según el estado final; de lo contrario, deberá esperar a que termine el período de desafío.
En un escenario pesimista:
Si un usuario no responde a la actualización de estado, la otra parte puede presentar el último estado válido al contrato para iniciar un desafío.
El contrato permite que la parte desafiada responda dentro de un período de tiempo.
Si no hay respuesta, el contrato cierra automáticamente el canal y devuelve los fondos.
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Confirmación instantánea de la transacción
Alta capacidad de procesamiento
Bajos costos de transacción
Buena privacidad
Desventajas:
Se requiere bloquear fondos por adelantado
La capacidad del canal es limitada
Los participantes deben monitorear continuamente en línea.
El costo de crear y cerrar canales es alto
Utilidad limitada
3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin:
Resumen:
La Lightning Network es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, cuya evolución técnica ha pasado por: canales de pago unidireccionales, canales de pago bidireccionales y redes de pago multidireccionales. A través de canales de pago off-chain y intermediarios, se forma una red de transacciones que resuelve el problema de escalabilidad de la red de Bitcoin. El flujo de uso es "Depositar ( para establecer el canal ) → Transacción de Lightning Network ( actualizar el estado del canal ) → Reembolso/ Liquidación ( terminar el canal )". Teóricamente, se pueden procesar millones de transacciones por segundo.
Línea de tiempo:
Febrero de 2015: Publicación del borrador del libro blanco
Enero de 2016: se publica el libro blanco oficial, se funda Lightning Labs
Marzo de 2018: lanzamiento de la primera versión de la red principal LND 0.4
Junio de 2021: El Salvador adopta Bitcoin como moneda de curso legal, lanza la billetera Chivo basada en la red Lightning.
2022: Varios plataformas de intercambio apoyan la red Lightning
Octubre de 2022: La red Lightning tiene 76,236 canales de pago, con fondos en los canales de 5049 BTC
Desarrollo ecológico:
El ecosistema de la red Lightning se compone de abajo hacia arriba de: la red base BTC, infraestructura básica y diversas DApps. La infraestructura básica incluye soluciones de red Lightning y servicios de liquidez de nodos. Sobre la infraestructura están las aplicaciones como servicios de pago y financieros. Actualmente hay más de 20 categorías y más de 100 aplicaciones, que abarcan áreas como pagos, billeteras, gestión de nodos, extensiones de navegador, podcasts y streaming.
Red relámpago de Ethereum:
Resumen:
La red Lightning es un canal de pago de bajo valor basado en Ethereum, similar a la red Lightning, que amplía las transacciones en cadena mediante la creación de canales de estado, permitiendo pagos rápidos y de bajo costo de tokens ERC20.
Línea de tiempo:
Fundada en 2017, el fundador fue uno de los desarrolladores principales de Ethereum
ICO realizado en octubre de 2017, recaudando más de 30 millones de dólares.
Lanzamiento de la primera versión de la mainnet Alderaan en mayo de 2020
A finales de 2021, varios intercambios eliminaron el token RDN.
Actualmente no ha sido ampliamente adoptado, las razones incluyen:
Uso de umbral alto: cuando las tarifas de Gas de Ethereum son demasiado altas, el costo de abrir el canal es demasiado alto.
Aparecen tecnologías de escalado más avanzadas: en ese momento era la única solución de escalado de Ethereum, pero actualmente han surgido mejores soluciones como Rollup.
Desarrollo ecológico:
Actualmente, el desarrollo del ecosistema es lento, el equipo está remodelando para que funcione en la red Rollup de Layer2 de Ethereum, con el fin de reducir los costos de Gas para crear canales. En mayo de 2022, se lanzó en Arbitrum, convirtiéndose en L2 sobre L2. En el futuro, se transformará centrado en Rollups, como una solución complementaria.
Celer Network:
Resumen:
La red Celer es esencialmente una red relámpago que aumenta la capa de incentivos ( CELR ), construyendo DApps de interacción de alta frecuencia rápidas y de bajo costo a través de tecnología de escalado off-chain y modelos económicos de incentivos, como plataformas de deportes electrónicos.
Principio técnico:
Los usuarios interactúan en un canal de estado off-chain, solo se verifica en la cadena cuando es necesario, como en caso de disputas (. A través del convertidor de direcciones off-chain OAT, las direcciones off-chain se pueden mapear de manera única a contratos inteligentes en la cadena.
La arquitectura incluye tres capas:
cChannel: Conjunto de canales de estado general y cadenas laterales
cRoute: off-chain payment routing
cOS: marco de desarrollo de aplicaciones off-chain y entorno de ejecución
Línea de tiempo:
Fundada en 2018, el equipo proviene de universidades reconocidas
En marzo de 2019, se emitió el token CELR en la plataforma Launchpad de Binance.
En julio de 2019, se lanzó la mainnet, publicando la primera red de canales de estado general y la plataforma de esports CelerX.
Desarrollo ecológico:
Con el desarrollo del ecosistema blockchain hacia múltiples cadenas, Celer Network se ha transformado en una plataforma de agregación de escalado L2 que soporta cross-chain, lanzando productos como el protocolo DeFi Layer2.finance, el protocolo de información cross-chain Celer IM y el puente cross-chain de activos cBridge. cBridge ya ha soportado 139 tipos de tokens y 38 cadenas. En noviembre de 2022, se integró en MetaMask Bridges Beta y en la red de prueba zkSync 2.0.
)# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
Red Lightning de Bitcoin:
Uso principal: pagos pequeños en Bitcoin
Características técnicas: HTLC soporta pagos de múltiples saltos
Desarrollo ecológico: aplicación amplia, capacidad on-chain en crecimiento constante
Ventajas: bajas comisiones, transacciones rápidas, mayor escalabilidad de la red de Bitcoin
Desventajas: se requiere capital prepagado, capacidad de canal limitada, enrutamiento complejo
Red Lightning de Ethereum:
Principal uso: pago de tokens de Ethereum
Características técnicas: soporte para contratos inteligentes generales
Desarrollo ecológico: desarrollo lento, en proceso de transformación hacia Rollup
Ventaja: soporta lógica más compleja
Desventajas: alta barrera de entrada, ecosistema rezagado
Celer Network:
Uso principal: DApp de interacción de alta frecuencia
Características técnicas: añadir capa de incentivos, soportar contratos inteligentes generales
Desarrollo ecológico: transformación en una plataforma de agregación L2 entre cadenas
Ventajas: alta versatilidad, capacidad de cadena cruzada
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BagHolderTillRetire
· hace1h
¿Escoger entre tres? ¿Quién te hizo elegir?
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NftCollectors
· 07-23 08:37
Desde los datos, la expansión de la capacidad es el camino necesario para que todo el ecosistema avance hacia la aplicación a gran escala. Nadie puede eludir este tema.
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SleepyArbCat
· 07-23 08:37
me he cansado del arbitraje mev, no quiero moverme.
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StableGeniusDegen
· 07-23 08:27
¿Hacer escalabilidad? ¿De qué sirve un alto tps?
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PaperHandSister
· 07-23 08:23
¿Triángulo imposible? ¿No se puede simplemente rendirse?
Análisis profundo de la escalabilidad off-chain: desde la red Lightning de Bitcoin hasta las soluciones Layer2 de Ethereum
Profundidad del análisis de la expansión off-chain
1. La necesidad de la expansión
La visión futura de la blockchain es la descentralización, la seguridad y la escalabilidad, pero a menudo solo se pueden lograr dos de ellas, lo que se conoce como el problema del triángulo imposible de la blockchain. Durante años, la gente ha estado explorando cómo aumentar el rendimiento y la velocidad de las transacciones de la blockchain garantizando la descentralización y la seguridad, es decir, resolver el problema de la escalabilidad, que es uno de los temas candentes en el desarrollo actual de la blockchain.
La descentralización, seguridad y escalabilidad de la blockchain se definen de manera simple como sigue:
Descentralización: Cualquiera puede convertirse en un nodo para participar en el sistema de blockchain, cuanto mayor sea el número de nodos, mayor será el grado de descentralización, asegurando que la red no esté controlada por unos pocos grandes participantes centralizados.
Seguridad: Cuanto mayor sea el costo necesario para obtener el control del sistema blockchain, mayor será la seguridad, pudiendo resistir ataques de un mayor porcentaje de participantes.
Escalabilidad: la capacidad de la blockchain para procesar una gran cantidad de transacciones.
La primera bifurcación dura significativa de la red Bitcoin surgió de problemas de escalabilidad. A medida que aumentaba el número de usuarios y el volumen de transacciones, la red Bitcoin con un límite de bloque de 1MB comenzó a enfrentar congestión; desde 2015, la comunidad de Bitcoin ha tenido diferencias sobre el problema de escalabilidad, con un lado apoyando la expansión de bloques y el otro apoyando el uso de SegWit para optimizar la estructura de la cadena principal. El 1 de agosto de 2017, el lado que apoyaba la expansión de bloques desarrolló un sistema de cliente de 8MB, lo que provocó la primera bifurcación dura significativa de Bitcoin y el nacimiento de la nueva criptomoneda BCH.
La red de Ethereum también elige sacrificar parte de la escalabilidad para garantizar la seguridad y la descentralización, limitando el volumen de transacciones a través de un límite en las tarifas de gas de bloque. Desde CryptoKitties en 2017 hasta el surgimiento posterior de aplicaciones como DeFi, GameFi y NFT, la demanda de rendimiento en el mercado ha ido en aumento, pero Ethereum solo puede procesar entre 15 y 45 transacciones por segundo, lo que resulta en un aumento de los costos de transacción y un mayor tiempo de liquidación, dificultando la sostenibilidad de la mayoría de las DApp. Toda la red se ha vuelto lenta y cara, y es urgente resolver el problema de la escalabilidad. La solución ideal de escalabilidad es: aumentar la velocidad de las transacciones y el rendimiento tanto como sea posible, sin sacrificar la descentralización y la seguridad.
2. Tipos de soluciones de escalado
Según el estándar de "si se cambia una capa de la red principal", se pueden clasificar los planes de expansión en dos grandes categorías: expansión en cadena y expansión off-chain.
2.1 Expansión on-chain
Concepto clave: solución para lograr un efecto de escalabilidad al modificar una capa del protocolo de la red principal, actualmente la principal solución es el sharding.
La escalabilidad en cadena tiene varias soluciones, aquí se enumeran brevemente dos:
Opción uno: ampliar el espacio del bloque, aumentar la cantidad de transacciones empaquetadas en cada bloque, pero esto aumentará los requisitos de los dispositivos de los nodos y reducirá el grado de descentralización.
Opción dos: fragmentación, dividir el libro mayor de la blockchain en varias partes, donde diferentes nodos son responsables de diferentes registros, y el cálculo en paralelo puede manejar múltiples transacciones simultáneamente; puede reducir la presión de cálculo de los nodos y la barrera de entrada, mejorar la velocidad de procesamiento de transacciones y el grado de descentralización; pero la potencia de cálculo de toda la red se dispersa, lo que puede disminuir la seguridad de toda la red.
Cambiar un protocolo de red principal puede tener efectos negativos impredecibles; pequeñas vulnerabilidades de seguridad en la capa subyacente pueden amenazar gravemente la seguridad de toda la red, lo que podría llevar a bifurcaciones o interrupciones en la actualización de reparaciones.
2.2 off-chain expansión
Concepto central: solución de escalado que no altera el protocolo de la capa uno existente.
Las soluciones de escalado off-chain se pueden dividir en Layer2 y otras soluciones:
Las soluciones de Layer2 incluyen:
Otras opciones incluyen:
3. Profundidad de la expansión off-chain
3.1 Canales Estatales
3.1.1 Resumen
Los canales de estado estipulan que los usuarios solo necesitan interactuar con la red principal al abrir, cerrar o resolver disputas en el canal, realizando las interacciones entre usuarios off-chain para reducir el tiempo y costo de las transacciones, logrando que el número de transacciones no tenga límites.
Los canales de estado son un protocolo P2P sencillo, adecuado para "aplicaciones basadas en turnos", como los juegos de mesa para dos personas. Cada canal es gestionado por un contrato inteligente multi-firma en la cadena principal, que controla los activos depositados, verifica las actualizaciones de estado y arbitra disputas. Los participantes depositan fondos y los bloquean después de desplegar el contrato, y el canal se abre oficialmente tras la confirmación de firma de ambas partes. El canal permite transacciones off-chain gratuitas ilimitadas ( siempre que el monto total de las transferencias no exceda los tokens depositados ). Los participantes envían actualizaciones de estado por turnos y esperan la confirmación de firma de la otra parte. Normalmente, las actualizaciones de estado no se suben a la cadena principal, solo se depende de la confirmación de la cadena principal en caso de disputas o al cerrar el canal. Al cerrar el canal, cualquiera de los participantes puede presentar una solicitud en la cadena principal; si se obtiene la firma unánime, se ejecuta de inmediato; de lo contrario, se debe esperar a que termine el "período de desafío" para recibir los fondos restantes.
Los canales de estado pueden reducir significativamente la carga computacional de la red principal, aumentar la velocidad de las transacciones y disminuir los costos de transacción.
3.1.2 Línea de tiempo
3.1.3 Principios técnicos
Flujo de trabajo tradicional en cadena: los usuarios interactúan con el contrato inteligente de la red principal, enviando transacciones para cambiar el estado del contrato. La desventaja es que conlleva problemas de tiempo y costo.
Flujo de trabajo del canal de estado:
En un escenario pesimista:
3.1.4 Ventajas y desventajas
Ventajas:
Desventajas:
3.1.5 Aplicación
Red Lightning de Bitcoin:
Resumen: La Lightning Network es un canal de pagos de bajo valor en la red de Bitcoin, cuya evolución técnica ha pasado por: canales de pago unidireccionales, canales de pago bidireccionales y redes de pago multidireccionales. A través de canales de pago off-chain y intermediarios, se forma una red de transacciones que resuelve el problema de escalabilidad de la red de Bitcoin. El flujo de uso es "Depositar ( para establecer el canal ) → Transacción de Lightning Network ( actualizar el estado del canal ) → Reembolso/ Liquidación ( terminar el canal )". Teóricamente, se pueden procesar millones de transacciones por segundo.
Línea de tiempo:
Desarrollo ecológico: El ecosistema de la red Lightning se compone de abajo hacia arriba de: la red base BTC, infraestructura básica y diversas DApps. La infraestructura básica incluye soluciones de red Lightning y servicios de liquidez de nodos. Sobre la infraestructura están las aplicaciones como servicios de pago y financieros. Actualmente hay más de 20 categorías y más de 100 aplicaciones, que abarcan áreas como pagos, billeteras, gestión de nodos, extensiones de navegador, podcasts y streaming.
Red relámpago de Ethereum:
Resumen: La red Lightning es un canal de pago de bajo valor basado en Ethereum, similar a la red Lightning, que amplía las transacciones en cadena mediante la creación de canales de estado, permitiendo pagos rápidos y de bajo costo de tokens ERC20.
Línea de tiempo:
Actualmente no ha sido ampliamente adoptado, las razones incluyen:
Desarrollo ecológico: Actualmente, el desarrollo del ecosistema es lento, el equipo está remodelando para que funcione en la red Rollup de Layer2 de Ethereum, con el fin de reducir los costos de Gas para crear canales. En mayo de 2022, se lanzó en Arbitrum, convirtiéndose en L2 sobre L2. En el futuro, se transformará centrado en Rollups, como una solución complementaria.
Celer Network:
Resumen: La red Celer es esencialmente una red relámpago que aumenta la capa de incentivos ( CELR ), construyendo DApps de interacción de alta frecuencia rápidas y de bajo costo a través de tecnología de escalado off-chain y modelos económicos de incentivos, como plataformas de deportes electrónicos.
Principio técnico: Los usuarios interactúan en un canal de estado off-chain, solo se verifica en la cadena cuando es necesario, como en caso de disputas (. A través del convertidor de direcciones off-chain OAT, las direcciones off-chain se pueden mapear de manera única a contratos inteligentes en la cadena.
La arquitectura incluye tres capas:
Línea de tiempo:
Desarrollo ecológico: Con el desarrollo del ecosistema blockchain hacia múltiples cadenas, Celer Network se ha transformado en una plataforma de agregación de escalado L2 que soporta cross-chain, lanzando productos como el protocolo DeFi Layer2.finance, el protocolo de información cross-chain Celer IM y el puente cross-chain de activos cBridge. cBridge ya ha soportado 139 tipos de tokens y 38 cadenas. En noviembre de 2022, se integró en MetaMask Bridges Beta y en la red de prueba zkSync 2.0.
)# 3.1.6 Comparación de aplicaciones
Red Lightning de Bitcoin:
Red Lightning de Ethereum:
Celer Network:
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