對(duì)話V神:區(qū)塊鏈跨鏈技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用將在一到兩年內(nèi)爆發(fā)

近日,以太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin在接受Fintech媒體采訪時(shí)表示:

不同區(qū)塊鏈之間共通的應(yīng)用一定會(huì)出現(xiàn)。因?yàn)閰^(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)開放的系統(tǒng),其中的一切都是加密認(rèn)證的,開發(fā)出使一個(gè)區(qū)塊鏈上發(fā)生的事件聯(lián)動(dòng)另一個(gè)區(qū)塊鏈發(fā)生變化的應(yīng)用其實(shí)是很容易的。很多方法可以實(shí)現(xiàn)這樣的效果,比如哈希鎖定和中繼。過去的幾年已經(jīng)有很多嘗試跨鏈加密貨幣交易的實(shí)驗(yàn)了。我覺得這一技術(shù)也能應(yīng)用到其他領(lǐng)域。目前最大的挑戰(zhàn)仍然是寥寥無幾的區(qū)塊鏈實(shí)際應(yīng)用和使用人群,現(xiàn)在除了個(gè)別領(lǐng)域外,還沒到開始實(shí)施跨鏈應(yīng)用的時(shí)機(jī)。但我覺得在一兩年內(nèi),肯定可以看到這方面應(yīng)用的大規(guī)模增長(zhǎng)。

今天我們就來深扒一下跨鏈技術(shù)。

一、什么是跨鏈技術(shù)

跨鏈技術(shù)可以理解為連接各區(qū)塊鏈的橋梁,其主要應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)各區(qū)塊鏈之間的原子交易、資產(chǎn)轉(zhuǎn)換、區(qū)塊鏈內(nèi)部信息互通,或解決Oracle的問題等。

當(dāng)今的區(qū)塊鏈技術(shù)紛繁蕪雜,各成一派,彼此之間無法進(jìn)行價(jià)值和數(shù)據(jù)的交換。雖然很多區(qū)塊鏈擁護(hù)者聲稱區(qū)塊鏈?zhǔn)窍乱淮ヂ?lián)網(wǎng),但是由于每個(gè)鏈都是獨(dú)立的、垂直的封閉體系,當(dāng)前的“互聯(lián)網(wǎng)”只是由許多彼此割裂開來的區(qū)塊鏈“孤島”構(gòu)成,或者說,當(dāng)前的區(qū)塊鏈看起來更像是內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。比如,比特幣和以太坊是基于全網(wǎng)共識(shí)的、蠻力解法的信任機(jī)制。這種驗(yàn)證通過同步全網(wǎng)區(qū)塊,由每個(gè)節(jié)點(diǎn)來做驗(yàn)證。但是,那些采用了去中心化賬本技術(shù)的區(qū)塊鏈(DLT,Distributed Ledger Technology),如瑞波幣和IOTA,則同樣處于互相隔離的狀態(tài)。更令人難以接受的是,聲稱去中心化的區(qū)塊鏈之間的價(jià)值互換卻主要依靠中心化的交易所來完成,鏈上的資產(chǎn)價(jià)值不能得到合理的評(píng)估。

由于區(qū)塊鏈之間互不連通、資產(chǎn)價(jià)值的大幅波動(dòng)大大制約了區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。所以鏈與鏈之間的互聯(lián)操作越來越被重視,跨鏈的需求就由此而來。但是,跨鏈?zhǔn)且粋€(gè)復(fù)雜的過程,既需要對(duì)鏈中節(jié)點(diǎn)要有單獨(dú)的驗(yàn)證能力,也需要去中心化的輸入,更需要對(duì)鏈外世界的信息進(jìn)行獲取和驗(yàn)證。目前,跨鏈技術(shù)主要有三種實(shí)現(xiàn)模式:

(1)公證人模式(Notary Schemes);

(2)側(cè)鏈(Sidechains)/中繼(Relays);

(3)哈希鎖定(Hash-locking)。

二、跨鏈技術(shù)的應(yīng)用

2.1 公證人模式

鏈與鏈之間互操作最簡(jiǎn)單的方法是使用公證人模式。在公證人模式中,使用受信任的一個(gè)或者一組團(tuán)體向鏈X聲明鏈Y上發(fā)生了某事件,或者確定該聲明是正確的。這些團(tuán)體既可以自動(dòng)地監(jiān)聽和響應(yīng)事件,也可以在被請(qǐng)求的時(shí)候進(jìn)行監(jiān)聽和響應(yīng)事件。

公證人模式在許可分賬領(lǐng)域受到很多關(guān)注,因?yàn)槠浼瓤梢蕴峁╈`活共識(shí)的主要競(jìng)爭(zhēng)者,也無需進(jìn)行昂貴的工作證明或關(guān)于利益機(jī)制的復(fù)雜證明。

公證人模式的代表項(xiàng)目有Corda。

2.1.1 Corda

Corda是R3聯(lián)盟推出的金融聯(lián)盟“類區(qū)塊鏈”技術(shù)架構(gòu)。Corda中同樣是用交易組成賬本,但并沒有區(qū)塊,這個(gè)和傳統(tǒng)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)相比有很大不同。交易僅在參與方和公證人間傳播。公證人是交易雙方共同選擇出來的,具有高度可信的特征。公證人負(fù)責(zé)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性和數(shù)據(jù)的唯一性。

由于Corda選擇了最高安全性的公證人模式,因此在跨賬本消息處理上,變得較為簡(jiǎn)單:僅需選取不同賬本的交叉公證人或者強(qiáng)行指向同一個(gè)公證人且讓其對(duì)賬本進(jìn)行同步即可安全的驗(yàn)證跨賬本消息。

2.2中繼/側(cè)鏈模式

如果一個(gè)鏈B能擁有另外一個(gè)鏈A的所有功能,則稱鏈B為鏈A的側(cè)鏈,鏈A為鏈B的主鏈。其中主鏈A并不知道側(cè)鏈B的存在,側(cè)鏈B知道有主鏈A的存在。

假設(shè)區(qū)塊鏈擁有區(qū)塊Header和Body,Header中擁有Merkle等證明信息,可以將鏈A的區(qū)塊鏈頭,寫入鏈B的塊中,鏈B使用和鏈A一樣的共識(shí)驗(yàn)證方法,比如PoW驗(yàn)證難度和長(zhǎng)度,PBFT驗(yàn)證投票等。等待鏈A的區(qū)塊頭序列之后,鏈B就可以通過Merkle分支的證明信息來證明鏈A的數(shù)據(jù)和操作。鏈A、B不能直接驗(yàn)證對(duì)方塊的狀態(tài),因?yàn)檫@樣會(huì)形成循環(huán),但相互只包含輕節(jié)點(diǎn)是可行的,這個(gè)區(qū)塊鏈驗(yàn)證的邏輯可以由鏈協(xié)議本身或應(yīng)用合約實(shí)現(xiàn)。上述該過程如下圖1所示。

中繼.png

圖1 中繼/側(cè)鏈模式資產(chǎn)轉(zhuǎn)移流程

側(cè)鏈.jpg

圖2 中繼/側(cè)鏈模式下事件的發(fā)送和接收接口

圖2中代碼需要在使用中繼/側(cè)鏈模式的兩條鏈上同時(shí)存在,但同時(shí)需要兩條鏈上的幣或物是可以無限量發(fā)行的,這樣才可以保證驗(yàn)證過程沒有錯(cuò)誤,從而來達(dá)到資產(chǎn)轉(zhuǎn)移操作。

中繼/側(cè)鏈模式的代表項(xiàng)目有BTC-Relay、RootStock、Polkadot、Cosmos等。下面將依次對(duì)各項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

2.2.1 BTC-Relay

BTC-Relay是一種基于以太坊區(qū)塊鏈的智能合約,把以太坊網(wǎng)絡(luò)與比特幣網(wǎng)絡(luò)以一種安全去中心化的方式連接起來。BTC-Relay通過使用以太坊的智能合約功能可以允許用戶在以太坊區(qū)塊鏈上驗(yàn)證比特幣交易。BTC-Relay使用區(qū)塊Header創(chuàng)建一種小型版本的比特幣區(qū)塊鏈,以太坊DApp開發(fā)者可以從智能合約向BTC-Relay進(jìn)行API調(diào)用來驗(yàn)證比特幣網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)。BTC-Relay進(jìn)行了跨區(qū)塊鏈通信的有意義的嘗試,打開了不同區(qū)塊鏈交流的通道。BTCRelay的認(rèn)證過程如下圖3所示。

BTC Relay.jpg

圖3 BTC Relay交易認(rèn)證過程

其中,BTC Relay社區(qū)成員,被稱為Relayers。所有人都可以加入以太坊網(wǎng)絡(luò)并成為一名Relayer,并且無需花費(fèi)硬件或者電力

2.2.2 RootStock

RootStock 是一個(gè)建立在比特幣區(qū)塊鏈上的智能合約分布式平臺(tái)。RootStock采用了“混合”安全模式,同時(shí)包含了PoW機(jī)制和私人網(wǎng)絡(luò)模式,基于聯(lián)合的門限簽名方案實(shí)現(xiàn)的安全聯(lián)合工作量證明挖礦機(jī)制。它的目標(biāo)是將復(fù)雜的智能合約實(shí)施為一個(gè)側(cè)鏈,為核心比特幣網(wǎng)絡(luò)增加價(jià)值和功能。RootStock實(shí)現(xiàn)了根鏈虛擬機(jī)(RVM),是以太坊虛擬機(jī)的一個(gè)改進(jìn)版本,它將作為比特幣的一個(gè)側(cè)鏈,使用了一種可轉(zhuǎn)換為比特幣的代幣(根幣,RTC)作為智能合約的“燃料”。RootStock與比特幣之間采用的是雙向錨定機(jī)制。RootStock的交易認(rèn)證過程如下圖4所示。

RootSock.jpg

圖4 RootSock交易認(rèn)證過程

2.2.3 Polkadot

Polkadot是Web3基金會(huì)的跨鏈協(xié)議開源項(xiàng)目。由Parity團(tuán)隊(duì)的Gavin Wood主導(dǎo)開發(fā)。Polkadot宣稱是未來Web3.0時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施之一,是一個(gè)未來“區(qū)塊鏈互聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)協(xié)議。Polkadot協(xié)議強(qiáng)調(diào)解決當(dāng)前區(qū)塊鏈技術(shù)的伸縮性和隔離性問題,以提供眾多異構(gòu)區(qū)塊鏈系統(tǒng)之間去信任、去中心化的通用的互訪問性、互操作性為目標(biāo)。

Polkadot的核心思想是區(qū)分交易方發(fā)起和執(zhí)行交易的方式以及交易方統(tǒng)一記錄的方式。Polkadot提供基礎(chǔ)的中繼鏈(relay-chain),很多可驗(yàn)證的、全球動(dòng)態(tài)同步的數(shù)據(jù)架構(gòu)都建立在這個(gè)基礎(chǔ)上,這些數(shù)據(jù)架構(gòu)為平行鏈或者側(cè)鏈。區(qū)塊鏈應(yīng)用可以將以太坊分叉,按照各自需求調(diào)整,通過Polkadot與以太坊公有鏈連接,或者給不同的鏈設(shè)置不同的功能,實(shí)現(xiàn)更好的擴(kuò)展性和效率。Polkadot的原理圖如下圖所示。

Polkadot的原理圖.jpg

圖5 Polkadot的原理圖

圖5所示流程大致如下:收集人收集并且廣播用戶的交易,也廣播候選區(qū)塊給釣魚人和驗(yàn)證人。用戶提交一個(gè)交易,先轉(zhuǎn)移到平行鏈外部,然后通過中繼鏈再轉(zhuǎn)移到另一條平行鏈,成為一個(gè)可以被平行鏈上賬戶執(zhí)行的交易。

2.2.4 Cosmos

Cosmos是Interchain Foundation的跨鏈開源項(xiàng)目。Cosmos是專注于解決跨鏈資產(chǎn)轉(zhuǎn)移的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)主要由兩部分組成:Cosmos Hub和若干個(gè)Zone。每個(gè)Zone可以看作是單獨(dú)的區(qū)塊鏈空間。每個(gè)Zone會(huì)和Hub保持狀態(tài)同步。Hub通過去中心化的驗(yàn)證人組來保證安全性,驗(yàn)證人組有罰金托管機(jī)制,它是唯一的多資產(chǎn)中心賬本,并負(fù)責(zé)保證各類資產(chǎn)在不同Zone轉(zhuǎn)移的同時(shí),資產(chǎn)總量不變。

Hub既是中繼鏈。Zone之間的跨鏈通信主要是通過與Hub之間的IBC協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。Zone1向Zone2做跨鏈消息時(shí),Zone1先生成消息包,并將其證明發(fā)布在Hub上,接下來Hub會(huì)生成Zone1的跨鏈消息包已在Hub上的存在證明的證明發(fā)布于Zone2,接下來Zone2收妥消息包,并給出證明發(fā)布于Hub上,最后,Hub再給出Zone2的收妥證明的證明發(fā)布于Zone2,完成整個(gè)跨鏈消息傳遞。

上述Cosmos的區(qū)塊鏈間通信如下圖6所示。

Cosmos的區(qū)塊鏈間通信.jpg

圖6 Cosmos的區(qū)塊鏈間通信

2.3哈希鎖定模式

哈希鎖定模式的設(shè)計(jì)是希望鏈A與鏈B之間盡可能少的了解彼此,并作為消除公證人信任的手段,該模式的基本流程如下圖7所示。

哈希鎖定模式流程圖.jpg

圖7 哈希鎖定模式流程圖

圖7所示基本流程如下:

(1)A生成隨機(jī)數(shù)S,并發(fā)送hash(S)給B。

(2)A在鏈LA上鎖定幣,并設(shè)定條件:如果在(當(dāng)前時(shí)間+2X=TA)時(shí)間內(nèi)鏈LA收到S,則轉(zhuǎn)賬給B,否則退回給A。

(3)B收到hash(S),并看見A的鎖定和時(shí)間設(shè)定后,在鏈LB上鎖定幣,并設(shè)定條件:如果在TA-X時(shí)間內(nèi)鏈LB收到S,則轉(zhuǎn)賬給A,否則退回給B。

(4)A看見B的鎖定后,在TA-X時(shí)間內(nèi)發(fā)送S給鏈LB,得到鏈LB的幣。

(5)B收到S后,在TA時(shí)間內(nèi)發(fā)送S到鏈LA,得到鏈LA的幣。

哈希鎖定模式的代表項(xiàng)目有Interledger、閃電網(wǎng)絡(luò)等。

2.3.1 Interledger

Interledger是由Ripple公司主導(dǎo)發(fā)起的跨賬本價(jià)值傳輸開放協(xié)議。Interledger不是區(qū)塊鏈,它是連接各類賬本的支付標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一協(xié)議。Interledger專注于跨賬本間資金流動(dòng)領(lǐng)域。

Interledger本身并不是一個(gè)賬本,它并不尋求任何的共識(shí)。相反,它提供了一個(gè)頂層加密托管系統(tǒng),在稱之為“連接者”的中介機(jī)構(gòu)的幫助下,可以讓資金在各賬本之間進(jìn)行流動(dòng)。此外,Interledger也沒有原生代幣,因此,操作該協(xié)議的個(gè)體賬本,仍然可以使用它們自己的原生代幣,這種互操作性解決了特定支付網(wǎng)絡(luò)的問題。Interledger的加密第三方與交易發(fā)送者和接收者的關(guān)系如下圖8所示。

Interledger的加密第三方與交易發(fā)送者和接收者的關(guān)系.jpg

圖8 Interledger的加密第三方與交易發(fā)送者和接收者的關(guān)系

2.3.2 閃電網(wǎng)絡(luò)

閃電網(wǎng)絡(luò)的目的是實(shí)現(xiàn)安全地進(jìn)行鏈下交易,其本質(zhì)上是使用了哈希時(shí)間鎖定智能合約來安全地進(jìn)行0確認(rèn)交易的一種機(jī)制,通過設(shè)置巧妙的‘智能合約’,使得用戶在閃電網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行未確認(rèn)的交易和黃金一樣安全(或者和比特幣一樣安全)。

使用閃電網(wǎng)絡(luò)第一步需要在用戶A和用戶B之間開啟雙向支付通道。這個(gè)通道是在主鏈之外,如下圖9所示。

閃電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖.jpg

圖9 閃電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

交易雙方在開啟閃電交易功能之前,會(huì)首先將開啟狀態(tài)所需的數(shù)據(jù)寫入主區(qū)塊鏈中建立閃電交易合約,例如鎖定期限,合約規(guī)則等數(shù)據(jù)。當(dāng)閃電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí),將按照合約規(guī)則和舉證方的數(shù)據(jù),在主區(qū)塊鏈上進(jìn)行處理。每一個(gè)狀態(tài)通道建立,類似于一個(gè)多重簽名系統(tǒng)構(gòu)建,保證了交易雙方守信原則,它比多重簽名多了合約的處理。對(duì)不守信,將會(huì)在主網(wǎng)絡(luò)受到處罰。處罰在期限內(nèi)可以得到申訴,例如1000個(gè)區(qū)塊期,而這種申訴是算法進(jìn)行維護(hù),不以人為因素為標(biāo)準(zhǔn)。

在通道內(nèi)是雙方私匙簽名的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)流,雙方所有交易細(xì)節(jié)均在這個(gè)數(shù)據(jù)流得到體現(xiàn),并以獨(dú)立鏈的形式存儲(chǔ),它是證明一個(gè)通道是否合乎算法規(guī)則。當(dāng)一個(gè)狀態(tài)通道結(jié)束后,雙方按照閃電網(wǎng)絡(luò)輸出的最終狀態(tài)數(shù)據(jù)來兌現(xiàn)合約,這相當(dāng)于是一個(gè)交易帳本,帳本記錄了參與方交易結(jié)果,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)財(cái)產(chǎn)重新分配。

三、Pallet的誕生

上文中提到的各個(gè)跨鏈項(xiàng)目,他們本質(zhì)上還是一條鏈,其本身很難再擴(kuò)展,不太具備通用性。他們都是用一個(gè)新鏈做跨鏈的工作,需要鏈與鏈之間進(jìn)行錨定。例如,Polkadot借鑒了很多其它項(xiàng)目的架構(gòu),所以他的設(shè)計(jì)和其他項(xiàng)目是很不一樣。但是,Polkadot是個(gè)異構(gòu)的多鏈框架,一條中繼鏈連接多條平行鏈的系統(tǒng)。雖然可以掛接多個(gè)鏈,但是Polkadot本身還是一個(gè)鏈。

而Pallet是在做協(xié)議——多利益關(guān)聯(lián)方的共識(shí)協(xié)議,所有的鏈都可以是參與方,不需要“鏈與鏈”之間的錨定。Pallet協(xié)議和體系不產(chǎn)生獨(dú)立的鏈,而是采用陪審團(tuán)制度隨機(jī)選取陪審員,所有的陪審員節(jié)點(diǎn)再去對(duì)接各底層鏈實(shí)現(xiàn)存證,最大化利用現(xiàn)有的鏈和資源。

Pallet可以將應(yīng)用掛在多個(gè)鏈上,避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,用戶選擇性大,使得各種DApp應(yīng)用可以部署在不同的鏈上,可以形成良性競(jìng)爭(zhēng),更多用戶可以參與,開發(fā)者在開發(fā)應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求更靈活的選擇已有的鏈,或者方便的從已有經(jīng)部署的鏈上遷移到更好、更新的鏈上,從而使已有的應(yīng)用生態(tài)突破原來部署區(qū)塊鏈的自身架構(gòu)局限、性能局限或者功能局限。

四、Pallet跨鏈體系

Pallet可以水平地與不同底層區(qū)塊鏈進(jìn)行對(duì)接,如下圖10所示。Pallet不對(duì)底層鏈進(jìn)行完全復(fù)制,而是使用參與者機(jī)制,是一種輕量級(jí)協(xié)議。

Pallet跨鏈體系.jpg

圖10 Pallet跨鏈體系

Pallet在區(qū)塊鏈或DLT(Distributed Ledger Technology,分布式賬本技術(shù))之上構(gòu)建了可擴(kuò)展的“元層”,并在元層中實(shí)現(xiàn)“互操作”。元層就是Pallet努力實(shí)現(xiàn)的、互鏈層的IP協(xié)議。

Pallet根據(jù)不同應(yīng)用的智能合約選出一個(gè)陪審團(tuán),由該陪審團(tuán)來驗(yàn)證智能合約的執(zhí)行。Pallet將Pallet通證(Token)作為支付給陪審團(tuán)的激勵(lì)。陪審團(tuán)在Pallet中的角色相當(dāng)于其他鏈上的礦工。Pallet還增加了懲罰機(jī)制,普通節(jié)點(diǎn)想成為注冊(cè)的陪審員,需要自己的一部分資金進(jìn)行抵押,如果一旦發(fā)現(xiàn)陪審員作惡,則Pallet將會(huì)沒收其抵押資金。

五、Pallet與跨鏈技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景比較

Pallet作為跨鏈協(xié)議起到了將鏈與鏈連通的效果。Pallet與其他跨鏈技術(shù)在應(yīng)用場(chǎng)景方面的是有一定的區(qū)別,具體區(qū)別如下表所示。

由于Pallet不是鏈,是通過特定的函數(shù)和庫(kù)與底層鏈溝通,所以Pallet的應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)較廣,并且實(shí)現(xiàn)難度上也處于中等難度。

六、Pallet與其他跨鏈項(xiàng)目性能比較

由于Pallet不是一條鏈,所以其智能合約執(zhí)行機(jī)制、挖礦機(jī)制、獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和應(yīng)用領(lǐng)域等與第二章中跨鏈項(xiàng)目有很大的區(qū)別,具體區(qū)別如下表所示。

第二章中的各個(gè)跨鏈項(xiàng)目的目標(biāo)是解決特定區(qū)塊鏈之間的信息交換,或者針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì),所以這些跨鏈項(xiàng)目的通用性不是很高。但是Pallet由于是協(xié)議,所以他能做到萬鏈互聯(lián),多利益關(guān)聯(lián)方互利共贏,從而助推“價(jià)值互鏈網(wǎng)”的實(shí)現(xiàn)。

七、小結(jié)

現(xiàn)有的區(qū)塊鏈從應(yīng)用、智能合約、共同賬本、共識(shí)網(wǎng)絡(luò)綁死,每個(gè)鏈形成了獨(dú)立的垂直的封閉體系,當(dāng)一個(gè)應(yīng)用綁死在一個(gè)鏈上的時(shí)候,難以采用新技術(shù),難以帶著原有數(shù)據(jù)和資產(chǎn)遷移到新的鏈上。

Pallet是一個(gè)分布式的、包容的交易執(zhí)行環(huán)境,而不是另一種加密貨幣。Pallet和底層區(qū)塊鏈、合約編寫語(yǔ)言和執(zhí)行平臺(tái)都是解耦的,允許用戶同時(shí)進(jìn)行鏈上和鏈下的資產(chǎn)交易。因此,它可以在不同平臺(tái)的不同區(qū)塊鏈上執(zhí)行不同語(yǔ)言編寫的智能合約。通過利用現(xiàn)有的LLVM和WASM工具,可以方便地使Pallet提供安全的智能合約執(zhí)行,同時(shí),Pallet的高性能也使合約隱私性加密成為可能。

來源:中關(guān)村區(qū)塊鏈產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟

極客網(wǎng)企業(yè)會(huì)員

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2018-03-15
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