1、什么是pos算法和pos機制

pos是公鏈中的共識算法，作為pow的一種替換。pow是保證比特幣，當前以太坊和許多區(qū)塊鏈安全的一種機制，但是pow算法在挖礦過程中，因為破壞環(huán)境和浪費電而受到指責，pos試圖通過一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。

ps機制可以被描述成一種虛擬挖礦，鑒于pow主要依賴于計算硬件的稀缺性，來防止女巫攻擊。在pow中，一個用戶有可能用一千美元來買計算機，加入網絡來挖礦，產生新區(qū)塊，從而得到獎勵。在pos中，用戶可以拿到一千美元，買到等值的代幣，把這些代幣當做押金放在pos機制之中，只要用戶就有機會產生，這樣用戶可以得到獎勵。

pos算法如下，存在一個持幣人的集合，他們把手中的代幣放入pos機制中，這樣他們就變成驗證者。

2、科普Pos共識機制

 

今天給大家科普下夸克區(qū)塊鏈中的POS共識機制到底是什么？PoS共識機制，中文翻譯就是權益證明。與它其名的還有另一種共識機制:pow機制。

經過歷史發(fā)展的證明，PoW機制存在一些缺陷，如在挖掘過程中浪費大量的資源，整個網絡的處理效率很低等。早在2011年，就有人曾提出：“是否可以在 PoW的基礎上，重新設計一種機制？”可以保留 PoW的優(yōu)點，也可以解決它的問題"。因此 PoS的共識機制就誕生了，因此， PoS機制在共識層次上借鑒了許多 PoW機制的設計，比如區(qū)塊設計、礦工選擇、分叉處理、交易驗證等。

PoS機制采用權益法核算，解決了網絡效率低下、資源浪費以及節(jié)點間一致性等問題，簡單地說，就是誰擁有更多的權益誰來說話。其原則如下：

說到PoW機制為何存在諸多問題，最大的原因在于其規(guī)則下造成礦工準入門檻低，每個人都可以成為一個出塊節(jié)點，每個節(jié)點都可以為獲得下個區(qū)塊的記賬權進行競爭，一個數據包要有那么多人來處理，必然會造成資源的浪費和低效。

而PoS機制就可以有效解決這個問題，這是因為在POS機制的規(guī)則下，提高了每個人成為節(jié)點的門檻，比如：雖然每個人都可以成為節(jié)點，但如果想成為出塊節(jié)點獲得記賬權，就必須滿足pos機制的一些規(guī)則，如質押一定數量的代幣，或者持有一定數量的代幣，才可以成為出塊節(jié)點的候選人。

在滿足這些條件之后，系統(tǒng)進行算法選擇，選中其中一部分人成為有效的礦工，然后每隔一個周期，進行重新分配，并且這個過程不受人為控制，一切由系統(tǒng)算法決定，保證公平公開不被篡改，這樣就可以避免了整個鏈被某個節(jié)點控制。

總結一句話就是PoW機制是每個人都可以成為礦工，而 PoS機制必須通過一系列的篩選后成為礦工。

poS機制的競爭原則在于，誰擁有更多的代幣，誰就能更容易的獲得記賬權。獲得記賬權的礦工將他打包好的區(qū)塊經過其他礦工驗證，通過全網廣播，確認沒有問題后，這個區(qū)塊才會被連接到鏈上，與全網其他節(jié)點的小賬本同步，同時他還能得到相應的代幣獎勵。

簡言之，整個過程就是：持幣者以代幣作抵押，得到記賬權力，然后PoS共識會通過選擇算法，按持幣者的數量，從中選出出塊礦工。采礦者在指定的高度上完成打包交易，生成新的區(qū)塊，并廣播它，然后由驗證者對所廣播的區(qū)塊進行交易驗證，通過驗證后，區(qū)塊得到確認。這就是 PoS共識機制完整的一輪過程。

PoS機制的優(yōu)點是有效地解決 PoW協(xié)議中存在的資源浪費和低效問題。但它也還是存在一些缺點。舉例來說， PoS機制中的初始代幣分配是非常模糊的，如果初始代幣分配失敗，將很難形成后續(xù)的股權證明。比如，在系統(tǒng)進行算法選擇時如果被黑客攻擊，如果成功，選舉結果就可能被操作。除開這個問題，pos機制還存在一個問題就是，可能會造成兩極分化嚴重，持有代幣多的人會更多的獲得記賬權，繼而獲得代幣獎勵，擁有代幣少的人，很難去爭奪記賬權，造成強者恒強的局面。

總的來說，PoW機制和 PoS機制都是區(qū)塊鏈上引用的主流機制，它們會攜手帶領區(qū)塊鏈技術的進一步發(fā)展，雖然兩者存在自身的一定局限性，但未來某一天，這些技術在不斷變革創(chuàng)新的同時，必定鑄造區(qū)塊鏈行業(yè)的輝煌。

3、區(qū)塊鏈共識機制?

PoW：工作量證明 (Proof of Work，簡稱 PoW ) ，簡單的解釋就是一份證明，用來確認你做過一定量的工作。因為監(jiān)測工作的整個過程通常是極為低效的，而通過對工作的結果進行認證來證明完成了相應的工作量，則是一種非常高效的方式。比如現實生活中的畢業(yè)證、駕駛證等等，都是通過檢驗結果的方式所取得的證明。這就是說，你獲得多少幣，取決于你對挖礦貢獻的有效工作。簡單的理解，你電腦性能越好，你獲得的收益就會越多，這就是根據你的工作量來執(zhí)行幣的分配。大部分的數字貨幣，比如比特幣、萊特幣等等，都是基于 PoW 模式的虛擬貨幣(算力越高、挖礦時間越長，你獲得的幣就越多)。
PoS：PoS 是一種在公鏈中的共識算法，可作為 PoW 算法的一種替換。PoW是保證比特幣、當前以太坊和許多其它區(qū)塊鏈安全的一種機制，但是 PoW 算法在挖礦過程中因破壞環(huán)境和浪費電力而受到指責。PoS 試圖通過以一種不同的機制取代挖礦的概念，從而解決這些問題。
PoS 機制可以被描述成一種虛擬挖礦。PoS 主要依賴于區(qū)塊鏈自身里的代幣。在PoW 中，一個用戶可能拿 1000 美元來買計算機，加入網絡來挖礦產生新區(qū)塊，從而得到獎勵。而在 PoS 中，用戶可以拿 1000 美元購買等價值的代幣，把這些代幣當作押金放入 PoS 機制中，這樣用戶就有機會產生新塊而得到獎勵。在 PoW 中，如果用戶花費 2000 美元購買硬件設備，當然會獲得兩倍算力來挖礦，從而獲得兩倍獎勵。同樣，在 PoS 機制中投入兩倍的代幣作為押金，就有兩倍大的機會獲得產生新區(qū)塊的權利。

4、PoT基于信任的共識機制方案

姓名：胡娟

學號：20021110092

轉自：https://mp.weixin.qq.com/s/lA4qc1iA44HH5biH7TrFvg

【嵌牛導讀】區(qū)塊鏈的核心是無信任的領導選舉機制，在無需第三方或可信方的監(jiān)督下，實現了匿名節(jié)點之間共識的達成。目前工作量證明(PoW)和權益證明(PoS)是集中討論的兩種共識機制。PoW依賴于計算能力的證明，伴隨著巨大的資源浪費。PoS通過依賴系統(tǒng)中擁有的加密貨幣的數量來解決問題。無論哪種方式，都受區(qū)塊鏈系統(tǒng)經濟基礎的限制，這迫使那些不含加密貨幣的區(qū)塊鏈應用程序只能求助于“許可”的設置，有效地使系統(tǒng)集中化。然而，對于無加密貨幣的非許可鏈能夠為眾多新興應用領域（如教育、醫(yī)療）提供安全的、自治的P2P結構服務，在這些領域中，對等節(jié)點之間存在一定的信任基礎。這為評估對等節(jié)點之間的信任并將其作為達成共識的基礎創(chuàng)造了可能性。

【嵌牛鼻子】PoT，PoW，PoS

【嵌牛正文】

PoW 是十分昂貴的

他是一種“難度值”控制資源消耗的機制。難度值是隨系統(tǒng)計算能力來調整級別的，隨著節(jié)點和事務的增加，難度值不可避免的增加。除了高昂的成本外，還容易受到中心化陷阱的影響，即一小部分算力強大/有錢的節(jié)點最終控制了整個系統(tǒng)。例如比特幣上的采礦池現象和壟斷了系統(tǒng)的巨型挖礦數據中心。

當前，相比PoW在能耗上有更優(yōu)表現的替代方案被人們持續(xù)關注，然而大多數建議的替代方案要么依賴于特殊物理硬件的所有權，要么權衡系統(tǒng)的去中心化采用許可鏈的方案，后者是使用拜占庭協(xié)議（PBFT）的變體。PoW目前合理的替代方案是PoS（Proof-of-Stake），PoS中區(qū)塊領導者是根據其在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中持有的資產數量來被選擇的。該方法背后的博弈論前提是，對擁有加密貨幣的節(jié)點，持有最大份額的節(jié)點有興趣對系統(tǒng)進行服務，來保持他的可信度和價值，從而激勵他們按照協(xié)議行事。與PoW相比，PoS承諾提供更加明晰和便宜的共識機制，但他需要將區(qū)塊鏈系統(tǒng)與加密貨幣捆綁在一起。并造成了“你擁有越多你控制的越多”或“你擁有的越多，你越合理擁有領導權”這樣富人越來越富的心態(tài)，導致系統(tǒng)進一步向中心化轉變。

使用信任去修補區(qū)塊鏈

 信任證明PoT，當網絡中出現更多可信的對等點時，目標是最小化在PoW上花費的能量。也就是說，安裝“您越受信任，您需要執(zhí)行的工作就越少”的概念?！拔覀兗僭O在應用場景中，區(qū)塊鏈旨在在協(xié)作以實現共同目標的對等體之間提供去中心化的服務，并且可以在各方之間表達信任，例如在健康或教育領域。這與當前以自我為中心的金融區(qū)塊鏈形成了鮮明的對比，在當前的金融區(qū)塊鏈中，被選為區(qū)塊領導者的唯一興趣和博弈論動機是賺取加密貨幣。

 在PoT結構中，參與系統(tǒng)的每個節(jié)點都單獨地表示對他認為可信任的其他節(jié)點的信任情況。這種信任不斷地被廣播，促使信任網絡以去中心化的方式興起，并存儲在區(qū)塊鏈中，為所有的參與者提供了一致性、防篡改的記錄（view）。PoT機制在仍然使用PoW的同時，保證只有一小部分參與其中，從而大大降低了功耗成本。

協(xié)議描述和問題定義

PoT 描述的參與者的信任值是以去中心化的方式計算和協(xié)商的，這些信任值將表示為節(jié)點在系統(tǒng)中所持有的權重（stake），作為共識機制的基礎。PoT的設計主要考慮了可驗證性和獨立性：

可驗證性：一旦一個節(jié)點證明其有資格成為下一個領導者，所有的節(jié)點都可以驗證這一聲明。

獨立性： 獨立性聲明領導者的被選舉權與區(qū)塊鏈有效性，可由任何節(jié)點使用公開可用的信息，無需他人協(xié)作的情況下進行驗證。

為了實現以上的目標，需要解決兩個主要問題：

1)定義一個去中心化的信任管理機制；

2)定義一個使用信任網絡的共識協(xié)議。

1.去中心化信任管理（Decentralized trust management）

信任建立基于信任模型，這類工作在很多文獻中已有。對于基于社區(qū)的信任，起始點通常是一個給定的信任網絡，該網絡編碼系統(tǒng)中誰信任誰，它通常被建模為一個有向圖，其中節(jié)點表示對等點（peer），邊表示它們之間的信任關系。一個節(jié)點在網絡中傳入的鏈接越多，它就越可信。信任網絡可以以多種形式出現，例如：

1)從社交網絡中提??；

2)從底層系統(tǒng)中節(jié)點之間的交互推斷而來；

3)被節(jié)點明確聲明他們信任誰。

在公開鏈模型中，唯一可行的選擇要么是跟蹤區(qū)塊鏈中節(jié)點之間交互的記錄，要么設立一個信任網絡，網絡中每個節(jié)點在沒餓過時期單獨地聲稱他信任誰。前一種選擇要求管理區(qū)塊鏈系統(tǒng)的節(jié)點同時也是產生和記錄事務的節(jié)點。

文章選擇了后一種方案，每個節(jié)點通過廣播信任關系宣布他們的信任節(jié)點，并由所有其他節(jié)點獨立收集信息，形成信任網絡。區(qū)塊鏈區(qū)塊大小的限制，使得PoT中區(qū)塊鏈僅記錄信任網絡的哈希值。每個時期，當前的區(qū)塊領導者是根據前一個階段中達成一致的信任網絡情況來選出來的。

2.基于信任的動態(tài)共識機制（Dynamics of a trust based consensus）

PoW盡管對能源的消耗十分巨大，但是在完全去中心化的系統(tǒng)中，PoW保持了良好的安全性和可操作性。更重要的是，提供了具有“保證時間窗口”的時鐘功能，實現了新的塊只有在前一個塊出現后才能出現，允許分布式系統(tǒng)在不需要全局同步的情況下有效地工作。因此文章沒有完全放棄PoW，而是信任等級越高的節(jié)點執(zhí)行PoW時的難度值越低，信任等級越低則難度值越高。這將抑制不太受信任的節(jié)點加入PoW，使活躍的挖礦池被限制到更小的子集中。其中存在的風險是：1）可能會導致較小的信任子集中出現集中化的問題；2）難度值小的節(jié)點可能造成Sybil攻擊。因此，PoT采用了以下的策略：

1）領導節(jié)點信任衰竭策略

節(jié)點根據他們獲得的信任程度被分配到不同的小組。其成員根據可信等級對應的難度值進行挖礦，具有最高信任級別小組成員更有可能在區(qū)塊鏈中挖到礦，這埋下了信任網絡中頂層節(jié)點控制網絡的隱患，造成“富人更富”的現象，同時其他的節(jié)點沒有了升級的空間。衰竭策略會確保任何競爭到挖礦權的節(jié)點退回到低信任分區(qū)中。

2）新的信任關系采用阻尼策略

Sybil節(jié)點不能突然獲得系統(tǒng)中的高信任等級，應當給誠實節(jié)點有足夠的機會觀察和控制惡意節(jié)點。在PoT中，引入了一種控制機制，通過對新的信任鏈路采用一種阻尼策略來控制新節(jié)點信任度量的過程，節(jié)點的信任等級與他們所保持存活的時間長短成正比增長。

PoT結構建立在兩個主要機制上：

1) 衰退的信任機制，阻止區(qū)塊領導者潛在的惡意行為，防止網絡被一個小的頂層受信組織控制；

2) 網絡信任機制演變的控制機制，阻止惡意節(jié)點信任等級的升級的速度，給予其他節(jié)點充分的時間去檢測這樣的行為。

區(qū)塊鏈系統(tǒng)首先經歷一個自力更生的階段，通過對幾個塊僅實施純PoW共識。在每

個新的區(qū)塊中，網絡中的節(jié)點（礦工）單獨廣播自己發(fā)出的信任關系。新節(jié)點加入產生新的信任關系，這種關系服從一種阻尼策略，將他們在系統(tǒng)中存活時間作為權重給他們分配。阻尼策略使得新節(jié)點使用新的信任關系來增強它們的信任級別變得更慢。自力更生階段在協(xié)議定義的預設好的塊數后結束。共識從此由PoW轉變?yōu)镻oT。

每個信任分區(qū)的節(jié)點都會遵循對應的PoW的困難系數來挖礦，當使用對應困難值找到PoW的解決答案時，節(jié)點宣布他的塊，其他節(jié)點驗證并接受該塊作為共識的一部分。如果同時有多個有效的塊被廣播，則規(guī)則是選擇信任等級最高的發(fā)布的塊。一旦一個塊被附加到區(qū)塊鏈中，那么塊所有權所屬的節(jié)點相對于初始信任值會呈指數衰減。

1. 信任網絡（The trust network）

信任網絡是由節(jié)點在網絡中，通過主動聲明信任連接所組成的。每個周期，信任網絡都表示為一個加權圖，節(jié)點是區(qū)塊鏈網絡中的節(jié)點，邊上的權值代表節(jié)點的存活時長。周期t所在的信任網絡為： ，其中

  ：節(jié)點的集合，SKi和VKi是節(jié)點的密鑰對；

  ：關系邊的集合，由節(jié)點vi來聲明和簽名的；

：函數，為每一條邊計算權重值

2. 區(qū)塊鏈部分（The Blockchain）

   定義1: 密碼散列函數 , 有效的PoW區(qū)塊被定義為一個三元組：

參數 ：區(qū)塊對應挖礦的難度值；

參數 ：前一個區(qū)塊的哈希值；

參數 ：PoW工作的隨機數答案；

參數 ：事務的負載。

3. PoT協(xié)議（The PoT protocol）

PoT協(xié)議除了PoW中事務負載和區(qū)塊頭元數據外，還包含節(jié)點提交給區(qū)塊的簽名，以及區(qū)塊所在時期信任網絡的摘要。

        1)信任分區(qū)（Trust divisions）

對每個節(jié)點，使用連續(xù)棄權函數（waiverfunction）實現難度值與輸入信任級別成反比。另一種方法是，節(jié)點被分配到符合一定信任范圍的組，每個小組所有成員在相同難度水平挖礦。挖礦和廣播的機制與PoW相同，但注意到網絡中的任何節(jié)點都可以毫不含糊地、一致地與其他節(jié)點一起檢索任何一個節(jié)點的信任值。

        2)信任衰退和恢復（Trust decay & recovery）

當節(jié)點vi在周期t時刻，獲得了某一個區(qū)塊的記賬權后，它的信任值會進行一個與它在周期t初始時刻信任值成正比例的快速衰退和緩慢恢復的過程。以防止節(jié)點vi持續(xù)保持高的信任等級，從而產生Sybil攻擊的隱患。這里引入了指數衰退函數：

N(0) 是時間0是衰減量的值， 是衰減常數。

在每一個周期t，信任衰減過程是由節(jié)點執(zhí)行的，協(xié)議規(guī)則如下，衰減長度因子k，衰減常數 λ，當前周期t和當前區(qū)塊鏈作為輸入，從時間t開始對 k/λ 個區(qū)塊，衰減對應記賬權礦工的信任值。

3)對新邊的阻尼策略（Damping new edges）

一個節(jié)點與其他節(jié)點信任連接的權值與他們所加入網絡的時間成比例，防止節(jié)點過快地成為信任值最高的節(jié)點，分配規(guī)則如下：其中

4)PoT 有效區(qū)塊（Valid PoT block）

SKt 是節(jié)點vt的簽名， 是信任分區(qū)， 是 對應的難度等級，一個有效的PoT區(qū)塊滿足如下條件：

根據以上定義，總結PoT協(xié)議為，在每個周期 t開始時，假定網絡中所有節(jié)點都知道共識區(qū)塊鏈C的狀態(tài)，包括對上一個周期 t-1信任圖的信息。節(jié)點在t-1信任圖上執(zhí)行信任算法，然后應用信任衰退機制，衰減最近奪得區(qū)塊記賬權的節(jié)點的信任。礦工找到PoW難題的答案，就將答案連通區(qū)塊 廣播到網絡中。如果這是一個有效的區(qū)塊，其他節(jié)點驗證后礦工將它附加到區(qū)塊鏈C上。如果是非有效的，那么回退到步驟3)，所有符合條件的節(jié)點繼續(xù)試圖找到難題的答案。

節(jié)點有可能同時監(jiān)聽到多個有效的區(qū)塊，規(guī)定了此時接收最高信任節(jié)點發(fā)出的區(qū)塊作為結果值。此外，網絡延遲或連接網絡的動態(tài)特性，不同的節(jié)點接收到不同的區(qū)塊，此時會出現分叉現象，與PoW不同，采用信任最值得信賴的分支作為正確的主區(qū)塊鏈。

論文出處：Leila Bahri, Sarunas Girdzijauskas. Trust Mends Blockchains: Living up to Expectations, 2019 IEEE 39th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS)

5、POW & POS,傻傻分不清楚的共識機制

什么是共識機制？

我在開更的第一篇文章，就簡單講解了數字貨幣世界的16個最高頻名詞，其中一個就是共識機制，還記得嗎？

為什么要有共識機制呢？

這就必須要解釋一下在分布式系統(tǒng)中不得不了解的“拜占庭將軍問題”了。

拜占庭將軍問題（The Byzantine Generals Problem）可以總結為一句話：

在古代，11位忠誠的、不同位置的將軍，如何排除叛徒的影響，對進攻或撤退達成一致。

當然，拜占庭將軍問題并不是如今才提出的，我們大中華在春秋戰(zhàn)國時期就發(fā)明了“虎符”這個神奇的方式來保障命令的正確執(zhí)行。

在分布系數系統(tǒng)中，各個節(jié)點就是“拜占庭將軍”，算法執(zhí)行中的任意一個錯誤就是“叛徒”。

為了盡可能地排除錯誤、快速達成一致，來讓系統(tǒng)有效地、正確地運行，便應運而生了各種“共識機制”。

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下面，我們就來一起學習數字貨幣世界中常見的幾種共識機制：

PoW，工作量證明 Proof of Work

PoW是比特幣所采用的共識機制，最早是由Adam Back為了解決垃圾郵件的問題而開發(fā)的一個“哈?，F金Hashcash”程序。

比特幣采用的是SHA256的單向函數，其具體的工作原理實在太專業(yè)，我們只需要理解到“SHA256的結果很容易驗證，但是要將其計算出來，需要不斷嘗試運算，直到匹配到某個隨機數；技術上而言，任何新增區(qū)塊都需要經過232394億運算才能得到”的程度，感興趣的小伙伴可以搜索SHA256去深入學習。

因此，只要礦工出示運算結果，那通過PoW，全網節(jié)點就認可了他所付出的成本，承認新的區(qū)塊獎勵屬于他。

如此大量的運算相當浪費資源，實際上并沒有任何科學或實際用途，只是為了實踐工作量證明機制、阻止攻擊者偽裝成節(jié)點來控制網絡。

雖然在2009年時為了構建這種去中心化的、允許所有人可以免費參與的全球貨幣網絡，沒有更好的選擇；但是發(fā)展到如今，已經有了其他不需要大量浪費算力的證明機制，比如我們下面就要提到的，PoS權益證明。

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PoS，權益證明 Proof of Stake

主要思想是：節(jié)點記賬權的獲得難度與節(jié)點持有的權益成反比，也就是說，一個節(jié)點擁有的幣越多、時間越久，越容易獲取記賬權，也就越容易獲取區(qū)塊獎勵。

實際上，最初的PoS是PoW的一種升級，根據每個節(jié)點的幣齡，來等比例地降低挖礦難度，從而加快找到隨機數的速度。

什么是幣齡呢？

幣齡=數量*擁有天數。

由于區(qū)塊鏈中的每筆交易記錄都會被標記時間戳，這個時間戳就可以作為幣齡的證明，因此幣齡也不可能被輕易偽造。

比如A從B那里收到10個幣，并且持有了90天，那么，A就擁有了900的幣齡；如果A賣了這10個幣，這900幣齡就被消耗了；

后來，為了徹底擺脫PoW這種依靠算力的共識機制，PoS引入了“利息”的概念；年利率是在PoS機制最初確認時就設定的，一般不會變化。

利息=（幣齡*年利率）/365 ，如果利率是1%，在上個例子中，A就可以得到0.02466個幣的利息。

如此一來，PoS區(qū)塊鏈的作用過程就可以這樣描述：

在初期，通過PoW機制，產生創(chuàng)世幣；

在創(chuàng)世幣達到一定規(guī)模時，PoS機制開始作用，交易時消耗幣齡、獲得產生區(qū)塊的優(yōu)先權，并獲取利息，同時PoW機制由于消耗太多資源、浪費算力而逐漸淡出；

最終系統(tǒng)中僅剩PoS來維持正常運作。

目前大家所熟悉的以太坊，主要還是采用PoW的機制，不過正在轉向PoS。

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大家了解了PoW和PoS，在遇到其他共識機制的時候，相信也會比較快得就能理解。

比如：股份授權證明DPOS，類似于董事會投票；燃燒證明POB；沉淀證明POD；能力證明POC；消逝時間證明PODT，等等。

就不在這里為大家一一展開了，感興趣的同學可以百度或知乎一下~

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