浅析美国防部《5G生态系统：对美国国防部的风险与机遇》报告
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本文刊登于《网信军民融合》杂志2019年7月刊
作者：刘旭 李霄，上海戎磐网络科技有限公司
【编者按】美国国防部国防创新委员会于2019年4月3日发布了《5G生态系统：对美国国防部的风险与机遇》报告。美国防部创新委员会在报告中回顾了移动无线通信技术的发展历史，分析了当前全球5G竞争态势，评估了5G技术对国防部门的影响和安全挑战，并提出了相关建议。报告通篇都充斥着美国防部门对即将失去通信技术优势地位的焦虑之情，相关建议处处针对中国及中国企业而无视国际规则肆意而为。目前，在5G通信技术上，我国形成了难得的与发达国家的并跑格局，我们应该保持战略定力，增强道路自信，坚持体系发展，同时聚焦竞争中的合作，从而真正做到把握机遇，化解挑战与风险。
5G并跑、领跑格局下更需要保持战略定力
——浅析美国防部《5G生态系统：对美国国防部的风险与机遇》报告
无线通信技术在经济和国防应用中具有重要的战略意义。1G 至 4G 时代，欧美国家轮番主导该领域的标准和规范，并在代系更迭过程中获得了巨大的经济和安全利益。在当前 4G 向 5G 时代过渡进程中，移动无线通信技术全球格局发生了巨大的变化。尽管美国早就启动了5G 研发工作，并因而具备一定上游产业技术优势，但在频谱分配、产业链完整性、通信基础设施等方面都存在不同程度的不足。这些因素导致在 5G 商业化推进过程中形成了中、美、日、韩等经济体处在第一梯队领先并跑的新格局。近期，美国国防部国防创新委员会发布了《5G生态系统：对美国国防部的风险与机遇》报告（以下简称：《报告》），回顾了移动无线通信技术的发展历史，分析了当前全球 5G 竞争态势，评估了5G 技术对国防部门的影响和安全挑战，并籍此提出了相关建议。因此，针对此报告进行深入分析，对我国在当前 5G 技术并跑格局下更好应对挑战与风险有重要意义，对抓住难得机遇加速发展也有重要研读价值。
半个多世纪以来，移动无线通信技术一直都是国家经济增长和安全稳定的基石，也是科技革命和产业变革的重要驱动力。第一代移动无线通信系统（1G）出现于 20 世纪 50-60 年代，并于 70 年代末推出，80 年代初正式投入使用。自此之后，每隔十年左右移动无线通信技术就会出现一次质的飞跃，直至当今 4G 和 5G 过渡状态。
1G 为模拟信号技术，具备语音通信和有限数据传输能力，初期的传输速率为 2.4Kbps。2G 实现了数字发送技术和交换技术，有效地提升了话音质量、数据安全能力和数据容量。3G 实现了移动互联网接入、固定无线接入和视频通话等功能；其下行速度峰值理论可达 3.6Mbit/s（一说 2.8Mbit/s），上行速度峰值也可达 384Kbps。在 4G 时代的网络服务充分利用全 IP 组网，并完全依赖分组交换，数据传输速度是 3G 的 10 倍。5G 时代的技术能力和应用范围仍有待确定，因为频谱的选择和网络使用环境将决定数据传输的速度、容量和延时。
移动无线通信技术的每一次代系更迭都会为主导国家带来巨大的经济和安全利益：能够使业界获得直接商业利益，创造行业就业岗位，并主导未来产品基础架构标准和规范。
技术代系更迭的先决条件是频谱的使用和选择。5G 部署可能使用毫米波（24—300GHz 之间频段）和 Sub-6（6GHz 以下的电磁频谱）或两者混用的方式来组网。毫米波具有较好的分辨率和安全性，速度快、容量大和时延小，可用带宽更多，设备组件更小。然而，5G 毫米波生态系统的基础建设成本和时间成本都很高。Sub-6 区域覆盖效果较强，并可利用现有 4G 基础设施进行组网，投资成本可得以大大降低。在短期内，3GHz 和4GHz 频段会成为全球 5G 基础设施和设备部署的优先选项。
然而，美国却在此问题上遇到重大挑战。政府和军方拥有大部分 Sub-6 频段，并限制它们的商用。想要允许 Sub-6 频段的商用，可以重新规划政府的频段或者共享这些频段，但这两个方式的时间都相对过长。清除频谱占用的平均时间通常在 10 年以上。共享频谱稍微快一点，但即便如此，也要花费 5 年以上的时间。
《报告》认为，中国、美国、韩国和日本处于该领域发展的第一梯队；而中国和美国并列第一，韩国次之，日本处于该梯队末尾。英国、德国和法国被视为第二梯队 5G 发展国家，而新加坡、俄罗斯和加拿大则构成第三梯队。
（一）中国
在国内，中国通过一系列积极的投资和频谱分配举措，在 5G 发展领域处于领先地位。中国目前已部署约 35万个 5G 基站，几乎是美国部署的 10 倍。在境外，中国一直都在与其他国家和外国公司保持合作，以扩大其 5G 领域的影响力。通过“一带一路”合作倡议，中国积极推销包括中企建设的网络基础设施在内的相关投资，大力推广中国主导的 5G 网络标准和规范。中国的企业（华为和中兴）还为欧洲个别国家的 5G 网络提供建设服务，并签署了多项 5G 合同。
尽管美国一再向其盟友施压，以求阻止中国5G 推广活动。然而，由于中国 5G 产品物美价廉，其他国家对将中国赶出本国 5G 市场的兴趣并不高。德国明确拒绝美国提议，而英国似乎也可能会这样做；印度和意大利都表示不愿将华为排除在外。最近几个月，新西兰的立场也有所松动。
（二）美国
在过去数年间，美国政府一直都在努力推进 5G能力建设工作。2016 年，白宫就颁布了4 亿美元投资的《先进无线研究计划》，而本届政府更是基于形势，在短期内提出了一系列的倡议和指导性文件，强调 5G 技术标准的重要性，并为此制定了明确的路线图。
2018 年 9 月，白宫举行了一次 5G 峰会，相关政府领导人和产业代表参加并讨论 5G 的未来发展方向，促进私营公共部门合作。接着，特朗普于 2018 年 10月签署了《制定美国未来可持续频谱战略之总统备忘录》。《备忘录》强调了“美国引领 5G 对促进国家安全和公私部门创新的必要性”。《备忘录》还责令各级部门和机构就此提交系列报告：报告内容应包括当前频谱的使用和未来需求情况、频谱重分配选项和未来频谱分配技术的影响，同时还要求提出 5G 立法、管理规定和政策建议。
联邦通信委员会立即展开行动，在 5G 峰会举行的当月就公布了《促进美国在 5G 技术计划中的优势》战略性文件。文件提出三大主要目标：推动更多频谱进入市场；更新基础设施的政策和在现代化中过时的法规；推进美国的 5G 发展。接着，2018 年 11月 14 日举行了首次 5G 频谱拍卖，出售了28 GHz 频谱许可。第二次拍卖于 2019 年 3月 14 日举行，出售了24 GHz 频谱许可。
负责管理联邦频谱分配工作的美国商务部下属机构——国家电信和信息管理局（NTIA）与频谱战略工作组当前正展开积极合作，加紧制定《国家频谱战略》，以期改进频谱管理工作，确定优先事项研究和发展方向，并提出联邦机构的频谱业务需求。
（三）韩国
韩国通信行业在 4G 网络标准时代就奠定了坚实的竞争基础，并提早为 5G 发展制定了明确的路线图。2014 年，韩国就承诺提供 15 亿美元，以期在 2020 年实现 5G 的应用和部署。在 2017 年，韩国发布了国家宽带和频谱规划（K-ICT）；根据该计划，韩国科学和信息通信技术部（MSIT）已经将 Sub-6 GHz 和毫米波频段中超过 1,000 MHz 的频段拍卖给其三大电信提供商（SK、KT 和 LGs）。此外，韩国在 2018 年平昌冬季奥运会期间，对其 5G 投资和进度进行了试验。
（四）日本
2014 年，日本设立 5G 移动论坛（5GMF），以期推动 5G 的研究和发展，协调 5G 发展工作，提升 5G 认知。2016 年，日本内政和通信部（MIC）发布了一份战略文件——《2020 年实现 5G 的无线电政策》，提出本国 5G 建设工作目标和时间框架。但日本尚未向通信运营商提供关键频段的拍卖，计划在 2019 年完成这一任务。此外，日本的三大电信供应商（NTT DOCOMO，KDDI 和 Softbank）正在测试 5G 技术，以期在 2020年奥运会之前实现 5G 商用。
（五）其他国家
尽管中国、韩国、美国和日本在该领域处于领先地位，但世界其他国家也在努力推进本国的 5G 能力建设工作。第二梯队（英国、德国和法国）和第三梯队（新加坡、俄罗斯和加拿大）都非常重视本国的 5G 建设情况，但其中多数国家缺乏明确的政策文件或战略来推进 5G 建设工作，并且基本都需在 2020 年之后实现5G 技术商用化推广，晚于上述四个国家 2020 年这一时间框架。
（一）影响和安全挑战
1、整体影响
5G 技术生态系统必将彻底改变美国防部的作战、网络和信息流程——可更大规模的数据近乎实时地分享给全球各地的系统，使延迟变得更低，以及数据传输能力和容量将变得更大，从而大大提升美国防部的态势感知和决策能力。
然而，5G 也为美国防部的未来作战带来了严重的潜在风险。美国防部境外单位的主要网络和系统很可能需依赖当地的 5G 基础设施。如果中国在 5G 基础设施和系统领域处于领先地位，那么国防部未来的 5G 生态系统可能会嵌入中国组件。这将对美国防部的作战任务和网络安全构成严重威胁。此外，连接设备的数量增长也增加了对手的潜在“攻击面”。
2、转向 Sub-6 GHz 频段
在 5G 频段方面，美国可能继续选择使用毫米波，而以中国为代表的其他国家则主要采用的是Sub-6 GHz 频段。如果不转向 Sub-6 GHz 频段，美国防部无论是实现还是部署 5G 都面临巨大的挑战。而迎合国际主流 5G 生态系统，通过政府与民用频谱的共享融合赋予军政通信一定的保护层，敌方无法轻易识别并干扰军政通信频道。总之，无论美国在国内如何选择 5G 频段，国防部海外驻军极有可能在未来面对 Sub-6 5G 生态系统基础设施。
3、频谱共享
美国防部可能会在频谱分享初期遭遇困难，但5G 能力的净增益会对此有所补偿。如果美国防部不分享 Sub-6 GHz 频谱，那么美国公司将无法开发出具有竞争优势 Sub-6 5G 产品；随之而来的是，美国防部全球网络和系统内的外国供应商产品和服务将越来越多，无形中增加了供应链风险。
4、5G 时代的安全挑战
在过去的十年间，美国防部越来越依赖商用现货数字产品；但由于美国在该领域占据主导地位，此类风险一直处于可控层面。然而，专注于毫米波频段建设致使美国脱离了 Sub-6 GHz 频段 5G 生态系统全球主流供应链，这种情况大大增加了未来5G 时代不可控安全因素。届时，即便能把中国产品阻于美国国门之外，非美国主导的 Sub-6 频段 5G生态系统供应链、基础设施、服务和设备都将为美国防部带来严重的安全隐患。
（二）广泛建议
1、塑造未来 5G 生态系统，对共享带宽情况及对美国防部系统的影响进行评估
美国防部和美联邦通信委员会必须考虑将 5G频谱战略从毫米波转向 Sub-6 GHz 波段。美国防部和美联邦通信委员会一直将 28 GHz 和 37 GHz 带宽作为 5G 开发优先选项，但这是不对的。基于毫米波所固有的广泛限制和世界其他地区倾向于采用Sub-6 GHz 5G 生态系统，美国防部必须为未来运营环境做好准备，（如果没有明确共享的情况下）要重点研究如何与民用 5G 业务在这些频段共存。
美国防部必须重点关注中国已经使用的 Sub-6 GHz 频段。中国的 5G 系统和基础设施工作在 3.2-3.6 GHz 和 4.8-5.0 GHz 频段展开。基于此，商业界已经开发出针对该频段的各类设备，而美国防部应该利用最发达的市场来加快美国 5G Sub-6 GHz频段的部署。
另外，美国防部目前在 4GHz 频段中占有约500MHz 的波段，应拿出部分波段加以分享。
关于其它可用频谱，美国防部可建议美国家电信与信息管理局、联邦通信委员会和国务院在今年底召开的世界无线电大会（WRC-19）中提倡将 C波段卫星频谱重新分配给 IMT-2000 5G 使用，并基于不断发展的固定宽带业务来采取措施在美国共享所有 500 MHz 波段频谱。这对美国 5G 移动生态系统的影响有限，但可以为美国农村的大部分地区提供 100 Mbps 及以上速度的固定宽带服务。
美国防部建议其他政府机构采取措施，激励业界采用通用 5G 网络进行 Sub-6 GHz 的部署。激励措施包括加快更新换代速度、税收优惠、低息贷款以及政府采办设备与服务。
不建议美国防部全面放弃 Sub-6 GHz 频段，也无需共享所有美国防部频段。美国防部必须审慎考虑共享不同频段的成本，制定出相应进度和优先顺序。
美国防部必须牢记，频段划分之后不可能一直保持当前状态不变。5G 能力建设需要更多的频段，如果没有额外的带宽，美国无法获得真正的、超越毫米波的 5G 能力。明年，美国防部将基于 Sub-6 GHz 频段的使用情况来适当推进或暂缓 5G 技术采用。
如果美国防部分享其部分 Sub-6 GHz 的频段，必将从中受益。随着商业部门开发和部署 5G 技术和网络，国防部将能够利用商业创新来改进其技术和网络，并打造新能力。在战略层面，5G 可以将更多系统集成到一个更快、时延更低的大数据共享网络中，在态势感知和决策制定领域实现跨越性变革。
这项工作需要与国家电信与信息管理局密切协调，来厘清和重新分配频谱。仅仅分享频谱是不够的，抓紧时间尽快完成才是关键，这样美国就具备了与中韩日一较高低的基础。
如果不这么按建议所述落实，美国很可能无法说服世界其他国家采用毫米波技术作为 5G 标准规范。这可能会使全球市场分化，导致全球多数国家采用5G Sub-6 GHz 技术，使中国的设备和手机制造商占据主导地位。
2、在工程和战略层面对系统的安全和弹性能力加强研发工作
共享部分 Sub-6 GHz 频段必然会有助于美国 5G的发展，但要获得相对于中国的竞争优势，就需要国防部以前所未有的速度和规模采取行动。这是因为，美国以外的大多数国家很可能会采用 Sub-6 GHz 解决方案，这必将把美国防部置于“后西方”无线通信生态系统内。在这种情况下，国防部需从加密和弹性角度假设所有网络基础设施都易于遭受网络攻击。
国防部必须采用“零信任”网络模式。外围防御模型已经被证明是无效的，而 5G 只会加剧这个问题，因为届时会有更多的系统被连接到一个通用网络。不能只是基于特定网络设备来授予信息访问权限，而要借助网络内的各种安全检查机制来授予信息访问权限。国防部还需考虑采用量子抗性密钥交换机制来应对公钥交换算法能力遭削弱这一问题，更要考虑到中国在量子计算方面的发展情况。
虽然在“零信任”网络环境下可以借助密码术对数据交换加以保护，但仍避不开流量分析和网络利用率激增检测。美国防部应该努力保持大量数据不断流动，以免其数据节奏的增加被注意到。
除了这些安全预防措施之外，美国防部还须提高整体弹性，并在整个网络中建立冗余层，以此来防范网络攻击和渗透，确保不间断的连接。
美国防部需针对供应链风险制定应对措施，防范中国半导体元件和芯片组被嵌入到多个系统中去。美国防部需加大对系统分隔技术的研发，以限制攻击方突破进其它系统的能力。这会对系统性能造成一定影响，但美国防部必须在安全性和基本功能之间找到一个平衡点。
美国国防部倡导采用更积极的措施来保护美国技术知识产权（IPR），迟滞中国电信生态系统的扩张。美国应该利用出口管制来减少西方供应商的市场损失率，即便这可能会推进中国自给自足发展进程也在所不惜。
美国防部会被逐渐拉入一个无定制基础设施的通用商业网络环境内遂行作战任务，因而要对这一转变所形成的利害关系进行分析，以调整作战概念，解决这一问题。美国防部应考虑存在隐患的供应链所带来更广泛的影响，如个人设备及个人在这些设备上的活动信息之风险。如果中国能够收集这些数据，国防部应考虑采用措施防范传统国防部系统和平台所没有的薄弱环节。
除以上措施外，美国防部还应对 5G 以上未来移动无线通信技术进行测试和实验。此项工作的时间框架要拉长，确保美国做好主导下一代技术更迭的准备工作。
3、防范可能会将国家安全资产和使命置于危险之中的供应链隐患问题
供应链存在隐患将对国家安全工作带来严重威胁；它使网络和系统有了漏洞，而这些漏洞能被敌对行为体用来破坏美国防部作战任务。这些漏洞的蔓延逐渐削弱网络环境的稳定性，为进攻行动创造了便利同时又削弱防守能力。
安全漏洞的扩散促使所有国家在冲突中采用攻势姿态，其缘由就是攻击的难度降低了而防御的难度增加了。美国网络司令部所提出的“前沿防御”条令就是这种情况的真实写照。
为了应对这种威胁，美国防部认为贸易政策应对良好的安全/代码产品进行奖励，并对存在漏洞隐患的产品施以惩罚措施。例如，美国可自动对任一国家存在后门或严重安全漏洞的任何商品征收高额关税（比如说75%）；把市场成本强加到不安全产品上去，并且还会激励美国国内公司的安全研究人员寻找竞争对手产品的漏洞，从而触发关税惩罚机制。这将提高国防部生态系统的整体安全性。
鼓励五眼国家和北约合作伙伴采用相同的关税机制，不要考虑产品原产国问题。在围绕设备安全问题的贸易冲突中，美国将获得最大的利益。
美国防部还应向美国外资投资委员会提出建议，只要有过销售后门和安全漏洞产品历史记录的公司，其交易一律都要被否。
此外，美国应继续鼓励伙伴国家保护自己的供应链，不与出售 5G 产品的中国国有企业往来。
（一）《报告》反映美国防部对未来 5G 生态系统下的军事优势地位感到担忧
纵观历史，美军对技术优势历来十分重视。美国在“第三次抵消战略”中提出利用创新“改变未来战局”，使美军在未来几十年内保持技术优势。从中可以看出，美国绝不会、也不愿把美军派遣到一场“公平”的对称战斗中去。然而，基于当前 5G生态系统发展趋势，美国很有可能会失去下一代移动无线通信技术主导地位，那么在接下来的技术创新和利用中必将受到他国主导之标准和规范的掣肘，有可能使“第三次抵消战略”成为一纸空文。
据此对《报告》进行解读，不难看出美国防部对未来 5G 生态系统下的军事优势地位的担忧之态：
1、美国防部对美国脱离全球主流 Sub-6 5G 技术现状深感不安
在第一点建议中，美国防部创新委员会大力倡导与相关部门协商合作，以期能够以“前所未有的速度和规模”来推进通信频谱共享；同时还建议政府采取多项措施来加快业界 Sub-6 5G 技术的部署进程，以期能够利用成熟商业产品，为自身体系发展提供助力。
然而，共享频谱并非短期见效措施，正如本份报告第一章的“频谱的使用和选择”一节中所指出的那样，“共享频谱是一个稍微快一点的过程，因为它不需要对现有联邦用户进行彻底的整改，但即使是这样，也要耗时 5 年以上。”而根据国际电信联盟去年提出的进度框架，5G 已经在 2019 年进入技术标准定义阶段，2020 进行稳定性评估。在全球多数国家采用 Sub-6 5G 技术这一形势下，很有可能使美国失去先发优势。
2、美国防部对美主导 5G 标准的前景失去信心
在第二点建议中，美国防部创新委员会建议美国防部做好准备迎接“后西方无线通信生态环境”，且必须采用“零信任”网络模式来保护军事通信体系。“后西方”和“零信任”这两个术语清晰地向世人展现了美国防部门在信心已失情况下的不甘之态。
这种心态下是很难提出建设性建议的。因此，美国防部创新委员会除了在该部分最后提出要着眼5G 以上未来移动无线通信技术工作这一战略性观点之外，其它的都是一些战术性建议，如强化安全机制防范访问权限滥用，利用量子密钥强化加密能力，以及采取措施防范流量侦测技术等等。此外，还在其中很突兀地提出了一条观点——“美国防部倡导采用更积极的措施来保护美国技术知识产权，迟滞中国电信生态系统的扩张。利用出口管制来减少西方供应商的市场损失率，即使会推进中国自给自足发展进程也在所不惜。”其损人不利己之心态可见一斑。
3、美国防部积极迎合美政府短视行为，期冀利用贸易政策对我进行打压
在建议中，美国防部创新委员会“倡导美国政府调整贸易政策”，提出对存在后门和安全漏洞不良纪录的任一国家（其实就是指中国）任一商品自动征收高额关税，还设定了一个 75% 的标准。其国内媒体都认为该建议是“破坏性的”。因为任何违背常规的主观任意举措都是双刃剑，被施加方亦可以拿来对付施加方。如此下去，必定又会形成一个没有赢家的局面。此外，《报告》还建议美鼓励盟友也采用类似关税机制，并抵制我国企产品。
（二）发展建议
“4G 改变生活，5G 改变社会”，这句话深刻地反映了人们对 5G 时代的期许。国际电信联盟为 5G定义了三大应用场景：增强型移动带宽（eMMB）、海量机器类通信（mMTC）和超可靠低时延通信（uRLLC）。这三大要素的聚合必将有力地推动人工智能、大数据和物联网的飞速发展，从而推动社会发生变革。相应的，5G 技术对军事领域产生巨大影响，极有可能会改变战争模式。可以想象得到，在 5G 生态系统下，无缝衔接的军事网络、真正意义上的战场态势实时更新、以及人工智能和大数据分析能力的大幅提升必将催生一大波新型武器，而蜂群战术、蚁群战术和机器人协同等新型作战模式也将纷纷登场。
几十年以来，我国移动无线通信体系建设过程可总结为 1G 空白、2G 迈步紧赶、3G 突破、4G 开始走向前列、以及如今在向 5G 过渡阶段与美齐头并进领跑发展。当前，我国 5G 基站的数量是美国10 倍；2019 年 3 月的数据显示，我国厂商申请的全球主要 5G 标准专利数量占比为 34%，远远高于韩国的 25%、以及美国和芬兰的 14%。仅从这两项数据就可以体会到美国对我移动无线通信技术发展速度的忌惮之心，也不难理解美国封杀华为与中兴以及发起美中贸易战的最终目的。
虽然我们在该领域取得一定先行优势，从而在无线通信这一基础性科技领域形成了难得的与发达国家并跑、领跑的格局与机遇，但我们在上下游核心产业领域体系化发展水平还有很大的差距，更需要保持战略定力，增强道路自信，坚持体系发展，同时聚焦竞争中的合作，从而真正做到把握机遇，化解挑战与风险。
一是要继续保持战略定力，坚持自主创新，增强发展自信。要清醒认识中美之间差距，充分利用目前齐头并进领跑发展这一历史机遇，基于雄厚的制造业基础稳步发展出一条更适合国情的 5G 生态系统自主创新之路，中国应更多的采取战略主动以适当方式把握移动通信技术的主动性和主导权，为随之而来的新技术新应用大发展奠定坚实基础。
二是要大力推进体系发展。5G 作为移动无线通信技术，必须与具体的技术和应用体系相结合才能充分发挥其赋能和创新作用。在军事领域，5G 生态系统的形成，必将为人工智能、大数据分析和增强现实等新技术和新应用提供巨大的发挥空间，必将大幅提升军事指挥网络化、实时化、以及战场控制一体化能力，最终将从根本上改变未来的战争模式。目前，我们的军用移动通信系统与民用移动通信系统还存在频段重叠共用、互相干扰的问题，战场全域武器平台互联互通还存在许多瓶颈，机器人、人工智能和大量先进的传感设备将有赖 5G 基础性技术形成新质军事能力，5G的高速率、低延时的特性将推动战场信息系统、无人系统更加精准的操控。因此，必须坚持体系发展思路，快速形成新质作战能力。
三是要秉持开放合作态度打造共赢局面。从竞争角度看，美国政府已将中美对 5G“控制权”的竞争定义为新的“军备竞赛”, 认为谁控制了5G, 就能在经济、军事和情报上领先他人。但从全球化视角看，5G 标准是全球产业界共同参与制定的统一国际标准，因此我国更要秉持开放、包容、合作、共赢的理念，不惧对抗也不计较一时得失，放眼长远，与全球产业界携手推进 5G 发展。
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