fpga: Add cores for SHA256
Cores originate from https://github.com/secworks/sha256. Original-commit: c43c72db097cbb5ebe29b7fa81484cbeaf19516b
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,556 @@
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//======================================================================
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//
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// sha256_core.v
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// -------------
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// Verilog 2001 implementation of the SHA-256 hash function.
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// This is the internal core with wide interfaces.
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//
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//
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// Author: Joachim Strombergson
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// Copyright (c) 2013, Secworks Sweden AB
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// All rights reserved.
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//
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||||
// Redistribution and use in source and binary forms, with or
|
||||
// without modification, are permitted provided that the following
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// conditions are met:
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//
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// 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
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// notice, this list of conditions and the following disclaimer.
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//
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||||
// 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
|
||||
// notice, this list of conditions and the following disclaimer in
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||||
// the documentation and/or other materials provided with the
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// distribution.
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//
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// THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
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// "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
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// LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS
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// FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE
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// LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER
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// CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
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// STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
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// ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF
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// ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
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//
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//======================================================================
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||||
`default_nettype none
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||||
module sha256_core(
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input wire clk,
|
||||
input wire reset_n,
|
||||
|
||||
input wire init,
|
||||
input wire next,
|
||||
input wire mode,
|
||||
|
||||
input wire [511 : 0] block,
|
||||
|
||||
output wire ready,
|
||||
output wire [255 : 0] digest,
|
||||
output wire digest_valid
|
||||
);
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||||
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||||
//----------------------------------------------------------------
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||||
// Internal constant and parameter definitions.
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||||
//----------------------------------------------------------------
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||||
localparam SHA224_H0_0 = 32'hc1059ed8;
|
||||
localparam SHA224_H0_1 = 32'h367cd507;
|
||||
localparam SHA224_H0_2 = 32'h3070dd17;
|
||||
localparam SHA224_H0_3 = 32'hf70e5939;
|
||||
localparam SHA224_H0_4 = 32'hffc00b31;
|
||||
localparam SHA224_H0_5 = 32'h68581511;
|
||||
localparam SHA224_H0_6 = 32'h64f98fa7;
|
||||
localparam SHA224_H0_7 = 32'hbefa4fa4;
|
||||
|
||||
localparam SHA256_H0_0 = 32'h6a09e667;
|
||||
localparam SHA256_H0_1 = 32'hbb67ae85;
|
||||
localparam SHA256_H0_2 = 32'h3c6ef372;
|
||||
localparam SHA256_H0_3 = 32'ha54ff53a;
|
||||
localparam SHA256_H0_4 = 32'h510e527f;
|
||||
localparam SHA256_H0_5 = 32'h9b05688c;
|
||||
localparam SHA256_H0_6 = 32'h1f83d9ab;
|
||||
localparam SHA256_H0_7 = 32'h5be0cd19;
|
||||
|
||||
localparam SHA256_ROUNDS = 63;
|
||||
|
||||
localparam CTRL_IDLE = 0;
|
||||
localparam CTRL_ROUNDS = 1;
|
||||
localparam CTRL_DONE = 2;
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// Registers including update variables and write enable.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
reg [31 : 0] a_reg;
|
||||
reg [31 : 0] a_new;
|
||||
reg [31 : 0] b_reg;
|
||||
reg [31 : 0] b_new;
|
||||
reg [31 : 0] c_reg;
|
||||
reg [31 : 0] c_new;
|
||||
reg [31 : 0] d_reg;
|
||||
reg [31 : 0] d_new;
|
||||
reg [31 : 0] e_reg;
|
||||
reg [31 : 0] e_new;
|
||||
reg [31 : 0] f_reg;
|
||||
reg [31 : 0] f_new;
|
||||
reg [31 : 0] g_reg;
|
||||
reg [31 : 0] g_new;
|
||||
reg [31 : 0] h_reg;
|
||||
reg [31 : 0] h_new;
|
||||
reg a_h_we;
|
||||
|
||||
reg [31 : 0] H0_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H0_new;
|
||||
reg [31 : 0] H1_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H1_new;
|
||||
reg [31 : 0] H2_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H2_new;
|
||||
reg [31 : 0] H3_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H3_new;
|
||||
reg [31 : 0] H4_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H4_new;
|
||||
reg [31 : 0] H5_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H5_new;
|
||||
reg [31 : 0] H6_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H6_new;
|
||||
reg [31 : 0] H7_reg;
|
||||
reg [31 : 0] H7_new;
|
||||
reg H_we;
|
||||
|
||||
reg [5 : 0] t_ctr_reg;
|
||||
reg [5 : 0] t_ctr_new;
|
||||
reg t_ctr_we;
|
||||
reg t_ctr_inc;
|
||||
reg t_ctr_rst;
|
||||
|
||||
reg digest_valid_reg;
|
||||
reg digest_valid_new;
|
||||
reg digest_valid_we;
|
||||
|
||||
reg [1 : 0] sha256_ctrl_reg;
|
||||
reg [1 : 0] sha256_ctrl_new;
|
||||
reg sha256_ctrl_we;
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// Wires.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
reg digest_init;
|
||||
reg digest_update;
|
||||
|
||||
reg state_init;
|
||||
reg state_update;
|
||||
|
||||
reg first_block;
|
||||
|
||||
reg ready_flag;
|
||||
|
||||
reg [31 : 0] t1;
|
||||
reg [31 : 0] t2;
|
||||
|
||||
wire [31 : 0] k_data;
|
||||
|
||||
reg w_init;
|
||||
reg w_next;
|
||||
reg [5 : 0] w_round;
|
||||
wire [31 : 0] w_data;
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// Module instantiantions.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
sha256_k_constants k_constants_inst(
|
||||
.round(t_ctr_reg),
|
||||
.K(k_data)
|
||||
);
|
||||
|
||||
|
||||
sha256_w_mem w_mem_inst(
|
||||
.clk(clk),
|
||||
.reset_n(reset_n),
|
||||
|
||||
.block(block),
|
||||
.round(t_ctr_reg),
|
||||
|
||||
.init(w_init),
|
||||
.next(w_next),
|
||||
.w(w_data)
|
||||
);
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// Concurrent connectivity for ports etc.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
assign ready = ready_flag;
|
||||
|
||||
assign digest = {H0_reg, H1_reg, H2_reg, H3_reg,
|
||||
H4_reg, H5_reg, H6_reg, H7_reg};
|
||||
|
||||
assign digest_valid = digest_valid_reg;
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// reg_update
|
||||
// Update functionality for all registers in the core.
|
||||
// All registers are positive edge triggered with asynchronous
|
||||
// active low reset. All registers have write enable.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @ (posedge clk or negedge reset_n)
|
||||
begin : reg_update
|
||||
if (!reset_n)
|
||||
begin
|
||||
a_reg <= 32'h0;
|
||||
b_reg <= 32'h0;
|
||||
c_reg <= 32'h0;
|
||||
d_reg <= 32'h0;
|
||||
e_reg <= 32'h0;
|
||||
f_reg <= 32'h0;
|
||||
g_reg <= 32'h0;
|
||||
h_reg <= 32'h0;
|
||||
H0_reg <= 32'h0;
|
||||
H1_reg <= 32'h0;
|
||||
H2_reg <= 32'h0;
|
||||
H3_reg <= 32'h0;
|
||||
H4_reg <= 32'h0;
|
||||
H5_reg <= 32'h0;
|
||||
H6_reg <= 32'h0;
|
||||
H7_reg <= 32'h0;
|
||||
digest_valid_reg <= 0;
|
||||
t_ctr_reg <= 6'h0;
|
||||
sha256_ctrl_reg <= CTRL_IDLE;
|
||||
end
|
||||
else
|
||||
begin
|
||||
|
||||
if (a_h_we)
|
||||
begin
|
||||
a_reg <= a_new;
|
||||
b_reg <= b_new;
|
||||
c_reg <= c_new;
|
||||
d_reg <= d_new;
|
||||
e_reg <= e_new;
|
||||
f_reg <= f_new;
|
||||
g_reg <= g_new;
|
||||
h_reg <= h_new;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (H_we)
|
||||
begin
|
||||
H0_reg <= H0_new;
|
||||
H1_reg <= H1_new;
|
||||
H2_reg <= H2_new;
|
||||
H3_reg <= H3_new;
|
||||
H4_reg <= H4_new;
|
||||
H5_reg <= H5_new;
|
||||
H6_reg <= H6_new;
|
||||
H7_reg <= H7_new;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (t_ctr_we)
|
||||
t_ctr_reg <= t_ctr_new;
|
||||
|
||||
if (digest_valid_we)
|
||||
digest_valid_reg <= digest_valid_new;
|
||||
|
||||
if (sha256_ctrl_we)
|
||||
sha256_ctrl_reg <= sha256_ctrl_new;
|
||||
end
|
||||
end // reg_update
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// digest_logic
|
||||
//
|
||||
// The logic needed to init as well as update the digest.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : digest_logic
|
||||
H0_new = 32'h0;
|
||||
H1_new = 32'h0;
|
||||
H2_new = 32'h0;
|
||||
H3_new = 32'h0;
|
||||
H4_new = 32'h0;
|
||||
H5_new = 32'h0;
|
||||
H6_new = 32'h0;
|
||||
H7_new = 32'h0;
|
||||
H_we = 0;
|
||||
|
||||
if (digest_init)
|
||||
begin
|
||||
H_we = 1;
|
||||
if (mode)
|
||||
begin
|
||||
H0_new = SHA256_H0_0;
|
||||
H1_new = SHA256_H0_1;
|
||||
H2_new = SHA256_H0_2;
|
||||
H3_new = SHA256_H0_3;
|
||||
H4_new = SHA256_H0_4;
|
||||
H5_new = SHA256_H0_5;
|
||||
H6_new = SHA256_H0_6;
|
||||
H7_new = SHA256_H0_7;
|
||||
end
|
||||
else
|
||||
begin
|
||||
H0_new = SHA224_H0_0;
|
||||
H1_new = SHA224_H0_1;
|
||||
H2_new = SHA224_H0_2;
|
||||
H3_new = SHA224_H0_3;
|
||||
H4_new = SHA224_H0_4;
|
||||
H5_new = SHA224_H0_5;
|
||||
H6_new = SHA224_H0_6;
|
||||
H7_new = SHA224_H0_7;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (digest_update)
|
||||
begin
|
||||
H0_new = H0_reg + a_reg;
|
||||
H1_new = H1_reg + b_reg;
|
||||
H2_new = H2_reg + c_reg;
|
||||
H3_new = H3_reg + d_reg;
|
||||
H4_new = H4_reg + e_reg;
|
||||
H5_new = H5_reg + f_reg;
|
||||
H6_new = H6_reg + g_reg;
|
||||
H7_new = H7_reg + h_reg;
|
||||
H_we = 1;
|
||||
end
|
||||
end // digest_logic
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// t1_logic
|
||||
//
|
||||
// The logic for the T1 function.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : t1_logic
|
||||
reg [31 : 0] sum1;
|
||||
reg [31 : 0] ch;
|
||||
|
||||
sum1 = {e_reg[5 : 0], e_reg[31 : 6]} ^
|
||||
{e_reg[10 : 0], e_reg[31 : 11]} ^
|
||||
{e_reg[24 : 0], e_reg[31 : 25]};
|
||||
|
||||
ch = (e_reg & f_reg) ^ ((~e_reg) & g_reg);
|
||||
|
||||
t1 = h_reg + sum1 + ch + w_data + k_data;
|
||||
end // t1_logic
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// t2_logic
|
||||
//
|
||||
// The logic for the T2 function
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : t2_logic
|
||||
reg [31 : 0] sum0;
|
||||
reg [31 : 0] maj;
|
||||
|
||||
sum0 = {a_reg[1 : 0], a_reg[31 : 2]} ^
|
||||
{a_reg[12 : 0], a_reg[31 : 13]} ^
|
||||
{a_reg[21 : 0], a_reg[31 : 22]};
|
||||
|
||||
maj = (a_reg & b_reg) ^ (a_reg & c_reg) ^ (b_reg & c_reg);
|
||||
|
||||
t2 = sum0 + maj;
|
||||
end // t2_logic
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// state_logic
|
||||
//
|
||||
// The logic needed to init as well as update the state during
|
||||
// round processing.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : state_logic
|
||||
a_new = 32'h0;
|
||||
b_new = 32'h0;
|
||||
c_new = 32'h0;
|
||||
d_new = 32'h0;
|
||||
e_new = 32'h0;
|
||||
f_new = 32'h0;
|
||||
g_new = 32'h0;
|
||||
h_new = 32'h0;
|
||||
a_h_we = 0;
|
||||
|
||||
if (state_init)
|
||||
begin
|
||||
a_h_we = 1;
|
||||
if (first_block)
|
||||
begin
|
||||
if (mode)
|
||||
begin
|
||||
a_new = SHA256_H0_0;
|
||||
b_new = SHA256_H0_1;
|
||||
c_new = SHA256_H0_2;
|
||||
d_new = SHA256_H0_3;
|
||||
e_new = SHA256_H0_4;
|
||||
f_new = SHA256_H0_5;
|
||||
g_new = SHA256_H0_6;
|
||||
h_new = SHA256_H0_7;
|
||||
end
|
||||
else
|
||||
begin
|
||||
a_new = SHA224_H0_0;
|
||||
b_new = SHA224_H0_1;
|
||||
c_new = SHA224_H0_2;
|
||||
d_new = SHA224_H0_3;
|
||||
e_new = SHA224_H0_4;
|
||||
f_new = SHA224_H0_5;
|
||||
g_new = SHA224_H0_6;
|
||||
h_new = SHA224_H0_7;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
else
|
||||
begin
|
||||
a_new = H0_reg;
|
||||
b_new = H1_reg;
|
||||
c_new = H2_reg;
|
||||
d_new = H3_reg;
|
||||
e_new = H4_reg;
|
||||
f_new = H5_reg;
|
||||
g_new = H6_reg;
|
||||
h_new = H7_reg;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (state_update)
|
||||
begin
|
||||
a_new = t1 + t2;
|
||||
b_new = a_reg;
|
||||
c_new = b_reg;
|
||||
d_new = c_reg;
|
||||
e_new = d_reg + t1;
|
||||
f_new = e_reg;
|
||||
g_new = f_reg;
|
||||
h_new = g_reg;
|
||||
a_h_we = 1;
|
||||
end
|
||||
end // state_logic
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// t_ctr
|
||||
//
|
||||
// Update logic for the round counter, a monotonically
|
||||
// increasing counter with reset.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : t_ctr
|
||||
t_ctr_new = 0;
|
||||
t_ctr_we = 0;
|
||||
|
||||
if (t_ctr_rst)
|
||||
begin
|
||||
t_ctr_new = 0;
|
||||
t_ctr_we = 1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (t_ctr_inc)
|
||||
begin
|
||||
t_ctr_new = t_ctr_reg + 1'b1;
|
||||
t_ctr_we = 1;
|
||||
end
|
||||
end // t_ctr
|
||||
|
||||
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
// sha256_ctrl_fsm
|
||||
//
|
||||
// Logic for the state machine controlling the core behaviour.
|
||||
//----------------------------------------------------------------
|
||||
always @*
|
||||
begin : sha256_ctrl_fsm
|
||||
digest_init = 0;
|
||||
digest_update = 0;
|
||||
|
||||
state_init = 0;
|
||||
state_update = 0;
|
||||
|
||||
first_block = 0;
|
||||
ready_flag = 0;
|
||||
|
||||
w_init = 0;
|
||||
w_next = 0;
|
||||
|
||||
t_ctr_inc = 0;
|
||||
t_ctr_rst = 0;
|
||||
|
||||
digest_valid_new = 0;
|
||||
digest_valid_we = 0;
|
||||
|
||||
sha256_ctrl_new = CTRL_IDLE;
|
||||
sha256_ctrl_we = 0;
|
||||
|
||||
|
||||
case (sha256_ctrl_reg)
|
||||
CTRL_IDLE:
|
||||
begin
|
||||
ready_flag = 1;
|
||||
|
||||
if (init)
|
||||
begin
|
||||
digest_init = 1;
|
||||
w_init = 1;
|
||||
state_init = 1;
|
||||
first_block = 1;
|
||||
t_ctr_rst = 1;
|
||||
digest_valid_new = 0;
|
||||
digest_valid_we = 1;
|
||||
sha256_ctrl_new = CTRL_ROUNDS;
|
||||
sha256_ctrl_we = 1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (next)
|
||||
begin
|
||||
t_ctr_rst = 1;
|
||||
w_init = 1;
|
||||
state_init = 1;
|
||||
digest_valid_new = 0;
|
||||
digest_valid_we = 1;
|
||||
sha256_ctrl_new = CTRL_ROUNDS;
|
||||
sha256_ctrl_we = 1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
|
||||
CTRL_ROUNDS:
|
||||
begin
|
||||
w_next = 1;
|
||||
state_update = 1;
|
||||
t_ctr_inc = 1;
|
||||
|
||||
if (t_ctr_reg == SHA256_ROUNDS)
|
||||
begin
|
||||
sha256_ctrl_new = CTRL_DONE;
|
||||
sha256_ctrl_we = 1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
|
||||
CTRL_DONE:
|
||||
begin
|
||||
digest_update = 1;
|
||||
digest_valid_new = 1;
|
||||
digest_valid_we = 1;
|
||||
|
||||
sha256_ctrl_new = CTRL_IDLE;
|
||||
sha256_ctrl_we = 1;
|
||||
end
|
||||
endcase // case (sha256_ctrl_reg)
|
||||
end // sha256_ctrl_fsm
|
||||
|
||||
endmodule // sha256_core
|
||||
|
||||
`default_nettype wire
|
||||
|
||||
//======================================================================
|
||||
// EOF sha256_core.v
|
||||
//======================================================================
|
||||
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