Smart Devices für Smart Cities: ein Überblick

Smart Devices sind ein notwendiger Bestandteil von Smart Cities. Sie ermöglichen die effiziente und effektive Erfassung, Übermittlung und Verwaltung von Daten. Intelligente Geräte können alles umfassen, von Sensoren über Kameras bis hin zu Bluetooth-Beacons. Sie ermöglichen die Automatisierung von Aufgaben und die Sammlung von Daten, die zur Verbesserung des Funktionierens einer Stadt verwendet werden können. Sie ermöglichen es Städten auch, die IoT-Technologie (Internet of Things) in ihre Strukturen zu integrieren.

Was sind intelligente Geräte?

Intelligente Geräte sind kleine, mit dem Internet verbundene Maschinen, die normalerweise eine Art drahtloses Netzwerk verwenden, um sie mobil zu machen. Sie können für alle möglichen Dinge verwendet werden, fallen jedoch normalerweise in eine dieser Kategorien: Umweltsensoren wie Bodenfeuchtemesser und Luftqualitätsmonitore; Sicherheitskameras; oder persönliche Geräte, die die Gesundheit, den Standort oder andere Faktoren des Benutzers überwachen. Die Daten, die Smart Devices sammeln, müssen nach der Erfassung oft auf irgendeine Weise übertragen werden. Wenn das Gerät für Batteriebetrieb zu groß ist, ist eine kabelgebundene Übertragung eine Option. Wenn nicht, gibt es viele Arten von drahtlosen Netzwerken, die Daten mit sehr wenig Strom und mit hoher Geschwindigkeit über große Entfernungen übertragen können. Die häufigste Art von Smart Device ist ein Umgebungssensor, aber viele Städte verwenden auch Überwachungskameras.

Zusätzlich zu den Geräten selbst kann eine Stadt IoT-Technologie einsetzen, die Informationen von diesen Geräten über das Internet verfügbar macht. Dies ermöglicht Fernverbindungen zwischen Benutzern und Sensoren sowie softwarebasierte Managementsysteme, die alle Sensoren in einem System ohne menschliches Zutun überwachen können. Damit diese Systeme funktionieren, benötigen sie möglicherweise zusätzliche Technologien wie Ortungsdienste oder große Netzwerke, die Daten über große Entfernungen übertragen können. Eine umfangreiche Netzwerkinfrastruktur ist wichtig, um Daten von sehr vielen Geräten zu sammeln und an eine zentrale Datenbank zu liefern, auf die jeder mit einer Internetverbindung zugreifen kann. Die Verwaltung eines solchen Systems ist schwierig und erfordert viel Planung und Investitionen, um es zu erstellen.

Was ist eine Smart City?

Eine Smart City ist eine Stadt, die Technologie nutzt, um die Effizienz ihrer Funktionen zu verbessern. Dies kann fast alles umfassen, von Verkehrsmanagementsystemen bis hin zu Wasseraufbereitungsanlagen, aber es gibt viele Gemeinsamkeiten zwischen verschiedenen Arten von Smart Cities: Fernzugriff, Automatisierung, Datenanalyse- und Visualisierungstools sowie die Verwendung von IoT-Geräten und großen Netzwerken für Geräte Integration. Da diese Technologien teuer sein können, dauert es normalerweise Zeit, bis sie sich in einer ganzen Stadt verbreiten. Entscheidend ist, dass die von dieser Art von Technologie versprochene verbesserte Funktionalität letztendlich die Anschaffungskosten aufwiegt, solange sie im Laufe der Zeit Vorteile bietet. Damit diese Technologien effizient arbeiten können, müssen sie von einem zentralen System verwaltet werden. Diese Art von System wird oft als Stadtverwaltungsplattform bezeichnet.

Das Internet der Dinge (IoT) ist ein Oberbegriff für den Einsatz verschiedener Technologien, um eine oder mehrere Arten von Smart Devices in ein sogenanntes „Smart Device“ zu integrieren. Dazu können Umgebungssensoren, Sicherheitskameras, Bluetooth-Beacons und andere drahtlose Geräte gehören, die Daten aus einer oder mehreren Quellen sammeln und diese dann drahtlos oder über kabelgebundene Netzwerke übertragen. Der Schlüssel liegt darin, diese Geräte so zu verbinden, dass sie Informationen mit anderen IoT-Geräten und -Systemen austauschen können, ohne ihre individuelle Funktionalität zu beeinträchtigen. Zum Beispiel: Eine IoT-fähige Ampel hätte ihre eigenen Sensoren in ihre Struktur eingebaut, um zu erkennen, wann sie sicher geändert werden kann, aber wenn diese Ampel auch in ein größeres System mit dem Internet integriert ist, kann ihr Status Warnungen an andere IoT-Geräte senden wie zum Beispiel Smartphones.

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Was ist eine Smart-City-Management-Plattform?

Eine Smart City Management Platform (SCMP) ist ein webbasiertes Softwareportal, das Daten aus allen Smart City-Komponenten aggregiert und analysiert, um nützliche Informationen bereitzustellen. Dies bedeutet, neue Technologien zu entwerfen und zu entwickeln, damit sie kommunizieren und zusammenarbeiten können, und es erfordert eine starke zentrale Koordination zwischen diesen verschiedenen Elementen, um sie effizient und sicher zu halten. Bei korrekter Implementierung kann ein SCMP beispielsweise Echtzeitanalysen, Optimierungstools, Visualisierungstools, Warnsysteme, Planungsfunktionen, Workflow-Automatisierung, Datenaustausch mit anderen Systemen und mehr bereitstellen.

Wie kann ein Ortungsdienst Smart Cities verbessern?

Ein Ortungsdienst kann verwendet werden, um den genauen Standort von Smart-City-Geräten zu verfolgen, die ihre geografischen Koordinaten drahtlos oder über kabelgebundene Netzwerke übertragen können. Dies ist eine zunehmend verbreitete Funktion für IoT-Geräte. Daher ist die Entscheidung, wie Sie sie verwenden möchten, eines der ersten Dinge, die Sie vor dem Design Ihres Systems herausfinden müssen. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie diese Art von Informationen hilfreich sein können: Erleichterung der Navigation, Bereitstellung von Echtzeitwarnungen, Verwendung von Umweltsensoren zur Abschreckung von Straftaten, Verfolgung des Wasserverbrauchs in Gebieten wie Parks und Seen, in denen es keine direkten finanziellen Auswirkungen gibt Verschwendung von Ressourcen (z. B. Pools und Springbrunnen) usw. Das Wichtigste an einem Ortungsdienst ist, dass er schnell und genau sein muss, was einen hohen Koordinationsaufwand mit anderen Systemen erfordert.

Einer der Schlüsselfaktoren von Smart Cities ist die Integration

Das Wort „Integration“ bezieht sich in diesem Zusammenhang auf den Vorgang des Sendens von Daten von einem System zu einem anderen oder von einem Gerätesatz zu einem anderen. Die verschiedenen Arten von verfügbaren IoT-Geräten haben alle unterschiedliche Fähigkeiten und Anwendungsfälle, aber solange sie in der Lage sind, Daten drahtlos oder über kabelgebundene Netzwerke auszutauschen, können Sie sie ohne allzu große Probleme mit Ihrem SCMP verbinden. Im Fall eines Ortungsdienstes müssen nur die Teile Ihres Smart City-Systems, die geografische Echtzeitkoordinaten benötigen, in eine Ortungsdienste-API integriert werden, damit dies nicht zu einem Engpass für das gesamte System wird. Die meisten internetfähigen Smart City-Geräte sind bereits mit der grundlegenden Konnektivität ausgestattet, die sie zum Senden von Daten über Netzwerke benötigen, sodass Sie sich nicht mit komplizierten Portweiterleitungen oder anderen erweiterten Netzwerkaufgaben befassen müssen.

Wie sichert man den SCMP?

Ein umfassender SCMP enthält eine Reihe von Funktionen, die zur Sicherung Ihres Systems beitragen und gleichzeitig einen nützlichen Informationsaustausch ermöglichen. Viele IoT-Geräte sind entweder in IPv4- oder IPv6-Netzwerken vernetzt, die nur sehr schwer gegen unbefugte Benutzer abzusichern sind, da sich ihre IP-Adressen jederzeit ändern können, aber das bedeutet auch, dass es keinen bestimmten zentralen Ort gibt, an dem die Sicherheit Ihres gesamten Systems im Gleichgewicht. Am besten lässt sich diese Art der dynamischen Adresszuweisung nutzen, indem man einen zentralen Authentifizierungsserver (üblicherweise auf LDAP-Basis) plus sichere Kommunikationsprotokolle wie HTTPS und SSH verwendet Ihr Smart-City-System kann enthalten.

Was ist ein drahtloses Sensornetzwerk?

Drahtlose Sensornetzwerke (WSNs) können für Anwendungen wie die Umgebungsüberwachung verwendet werden, bei denen viele Daten von verschiedenen Orten oder Situationen gesammelt und dann drahtlos über kleine IoT-Sensoren gesendet werden müssen, die keine direkte Verbindung zum Internet benötigen. Zum Beispiel: Sensoren, die Umgebungstemperatur, Gaslecks, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität usw. erkennen. Diese Art von Geräten ist oft batteriebetrieben, was bedeutet, dass sie sich am besten für die Installation in abgelegenen Gebieten eignen, in denen es nicht möglich ist, alle paar Monate ein Stromkabel zu ihnen zu führen, und sie können ohne zu viel in einen SCMP integriert werden Schwierigkeiten, wenn die Software in den Sensoren einen einfachen Datenexport an Orten wie dem CSV-Format ermöglicht.

Wie baut man eine Smart-City-Management-Plattform auf?

Einer der wichtigsten Aspekte beim Entwerfen einer Smart-City-Management-Plattform besteht darin, wie Sie diese überwachen und warten möchten, sobald alle Ihre verschiedenen Systeme in Betrieb sind. Die meisten Aufgaben, die ausgeführt werden müssen (wie das Aktualisieren der Systemsoftware), sollten automatisch erfolgen, aber selbst wenn alles reibungslos funktioniert, muss mindestens eine Person die Hauptverantwortung dafür haben, dass in Ihrem gesamten SCMP nichts schief geht . Es gibt viele Optionen für diese Art der Informationssicherheit, daher ist es am besten, etwas zu recherchieren, was für eine bestimmte Situation am besten geeignet ist: Benutzerberechtigungen, Fernzugriff usw.

Die Integration in bestehende Systeme ist ein weiterer wichtiger Schlüsselfaktor

Auch wenn Sie in Ihrer Smart City noch kein Informationssystem betreiben, sollte es aufgrund des begrenzten Umfangs vieler IoT-Anwendungen relativ einfach sein, einen SCMP in vorhandene Geräte und andere spezialisierte Geräte zu integrieren. Zum Beispiel: Intelligente Straßenlaternen sollten mit den meisten anderen automatisierten Beleuchtungssystemen kompatibel sein. Solange es also eine Schnittstelle gibt, die den Export/Import von geografischen Koordinaten ermöglicht, sollten Sie keine kundenspezifische Entwicklung oder Programmierung benötigen, um sie zusammenzuarbeiten. So wie Ihr SCMP nicht jedes Mal von Grund auf neu aufgebaut werden muss, wenn jemand eine neue Smart City-Infrastruktur installiert (weil gängige Datenprotokolle wie MQTT verschiedene Systeme verbinden können), kann jedes einzelne IoT-Gerät in eines oder mehrere Ihrer bestehenden Softwaresysteme integriert werden je nachdem was er sammelt.

Hardwarekompatibilität in IoT-basierter Smart Cities-Anwendung

Dies ist einer der Hauptvorteile von IoT-basierten Smart-City-Anwendungen – sobald Sie über ein geeignetes Hardwaresystem verfügen, sollte es theoretisch viele Jahre halten, bevor ein Upgrade oder Austausch erforderlich ist, während es dennoch mit allen neuen oder aktualisierten Komponenten in Ihrem gesamten SCMP kompatibel ist . Dies spart in der Regel in den frühen Phasen der Entwicklung Geld und bietet gleichzeitig Flexibilität, wenn Sie Ihr Netzwerk später durch Hinzufügen neuer Geräte erweitern möchten. Zum Beispiel: Mobiltelefone basieren fast alle auf gängigen Kommunikationsprotokollen, was bedeutet, dass die Hardware funktioniert, egal ob Sie die iOS-Software von Apple oder das Android-Betriebssystem von Google verwenden. Natürlich ist dies nicht immer der Fall, da es einen großen Kompromiss gibt zwischen vielen standardisierten Geräten und der Möglichkeit, Ihr Smart City-System an alle Ihre individuellen Anforderungen anzupassen, aber es ist im Allgemeinen weniger teuer, alles zusammenzuarbeiten aus der Kiste.

Immer mehr zum Thema Sicherheit in Smart Cities für Cyberpeace

Es sollte selbstverständlich sein, dass Sicherheit einer der wichtigsten Faktoren in jedem Smart-City-Programm ist – da mehr Daten aus verschiedenen Teilen einer Stadt online verfügbar werden, bedeutet dies auch, dass Hacker von außerhalb des Netzwerks mehr potenzielle Zugangspunkte haben . Dieselben Arten von IoT-Schwachstellen, die kleinere Netzwerke betreffen können, gibt es auch in größeren Maßstäben, da sie oft auf ähnlichen Technologien basieren. Dies bedeutet jedoch nicht, dass jeder einzelne Aspekt eines SCMP absolut dicht sein muss. Es bedeutet nur, dass Sie Sicherheitsmaßnahmen in allen Phasen Ihres Projekts sorgfältig prüfen und dann einzelne Teile aktualisieren müssen, wenn neue Schwachstellen entdeckt werden oder sich der Risikofaktor ändert.

Die meisten Smart-City-Systeme verlassen sich derzeit auf unverschlüsselte Datenprotokolle wie MQTT, die es Hackern erleichtern, Benutzerpasswörter zu erhalten, indem sie speziell gestaltete Informationspakete verwenden, die IoT-Geräte dazu bringen können, sensible Details über ihre Konfigurationen oder die Art der übertragenen Daten preiszugeben . Dies geschieht zwar am wahrscheinlichsten während eines Man-in-the-Middle-Angriffs, bei dem ein Hacker das Signal eines bestimmten Geräts abfängt, bevor er es an sein beabsichtigtes Ziel weiterleitet, es ist jedoch nicht erforderlich, dass er Ihr Netzwerk physisch infiltriert, um dies zu erhalten Art von Informationen. Sie können einfach den Datenverkehr auf verschiedenen physischen Kanälen überwachen und diese Daten dann verwenden, um Passwörter oder kryptografische Schlüssel zu erraten (oder mit Brute-Force-Methoden zu erraten), sobald sie genügend Netzwerkdetails erhalten haben, um sie zu implementieren.

SCMPs verwenden häufig geografische Koordinaten wie Längen- und Breitengrade, um bestimmte Orte innerhalb von Städten zu identifizieren (z erste Konfigurationen. Das bedeutet, dass sich Angreifer mit einigen technischen Kenntnissen theoretisch Zugang verschaffen oder Ihr System stören könnten, wenn sich ihr Ziel zwischen bestimmten Punkten befindet oder ihre Signalübertragung von außerhalb der minimalen oder maximalen Grenzen eines bestimmten Gebiets stammt. In diesem Fall kann es besonders wichtig sein, Ihre IoT-Geräte regelmäßig zu aktualisieren, wenn deren Software nicht auf einem Open-Source-Modell basiert, mit dem Sie Schwachstellen schnell beheben können.

Viele Vorteile für Smart Cities

Einer der größten Vorteile eines Smart-City-Projekts besteht darin, dass es eine komfortable Plattform bietet, um zu zeigen, wie verschiedene Arten von Daten in Echtzeit analysiert, gefiltert und interpretiert werden können. Dies bedeutet, dass Städte diese Systeme nutzen können, um über mobile Apps, Webportale und andere Kommunikationskanäle nützliche Informationen über wirtschaftliche Trends oder sich ändernde Bevölkerungsdemografien zu erhalten, ohne auf traditionelle Methoden wie Volkszählungen zurückgreifen zu müssen, die immer veralteter und teurer werden. In den meisten Fällen sammeln SCMPs Daten aus Low-Level-ICT-Netzwerken auf Straßenebene, haben aber auch die Möglichkeit, mit einer Vielzahl anderer Arten von Informationen über ihre Umgebung zu interagieren – einschließlich der Nutzung von Stadtdiensten und der Fußgängerzone oder fahren zu einer bestimmten Zeit und sogar welche Art von Waren in und aus einem bestimmten Gebiet verschifft werden.

Im Gegensatz zu anderen seit Jahrzehnten existierenden IoT-Netzwerken müssen Smart Cities in der Lage sein, Veränderungen in ihrer urbanen Umgebung im täglichen Betrieb kontinuierlich zu überwachen. Dies bedeutet, dass Sie darauf vorbereitet sein müssen, Ihren SCMP im Laufe seiner Lebensdauer ständig zu aktualisieren, wenn neue Technologien verfügbar werden. In einigen Fällen bedeutet dies, dass alle paar Jahre Software-Updates durchgeführt werden müssen, aber auch Hardwareaustausch erforderlich sein kann, wenn sich Ihre vorhandenen IoT-Geräte nicht schnell genug an neue Arten von Angriffen wie Jamming oder Spoofing anpassen können. Während diese Art von Flexibilität in der Anfangsphase eines Smart City-Projekts teuer erscheinen mag, hat sie das Potenzial, die Gesamtkosten im Zusammenhang mit Sicherheitsverletzungen und Infrastrukturausfällen später zu reduzieren.

Standardisierung ist ein entscheidender Punkt für Cyberpeace Smart Cities

SCMPs sind wahrscheinlich einige der kompliziertesten IoT-Netzwerke, für deren Sicherung Sie jemals verantwortlich sind, aber sie haben im Kern auch viele Gemeinsamkeiten mit anderen Arten von kommunalen Systemen – einschließlich der Art und Weise, wie sie Daten mithilfe von Sensoren sammeln, verarbeiten und teilen, die auf drahtlose Kommunikationsprotokolle, um Informationen zwischen verschiedenen Geräten hin und her zu übertragen. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass Sie sich in jeder Phase Ihres Projekts so genau wie möglich an die Industriestandards halten, damit ähnliche Schwachstellen nicht von anderen Parteien desselben Angebots oder Vertriebs in Ihr System eingeführt (oder schlimmer noch, eingeführt und dann ausgenutzt) werden Kette.

Ähnlich wie viele Arten von SCMPs können Smart-City-Systeme wie Verkehrsmanagement und Datenvisualisierung für eine Vielzahl von gewerblichen und industriellen Zwecken verwendet werden – je nachdem, welche Arten von Lizenzen Sie benötigen, bevor sie im öffentlichen Raum installiert werden. Zum Beispiel: Wenn Sie planen, Verkehrsmuster in Ihrer städtischen Umgebung durch Bluetooth-Sensoren zu identifizieren, die auf nicht lizenzierten Frequenzen basieren, ist es besonders wichtig, dass diese Geräte auf Sicherheit ausgelegt sind, damit sich entlang ihrer Signalwege keine unbefugten Zugangspunkte befinden. Wenn Sie jemandem erlauben, in frei nutzbare drahtlose Netzwerke einzugreifen, kann dies Ihre Stadt unnötigen rechtlichen Risiken aussetzen und gleichzeitig Schwachstellen schaffen, die von böswilligen Parteien ausgenutzt werden können.

Genauso wie Sie sicherstellen müssen, dass Ihre SCMPs ein Open-Source-Modell verwenden, ist es auch wichtig, dass Sie die Sicherheit aus einer systemweiten Perspektive betrachten, wenn Sie neue Arten von Geräten in öffentlichen Räumen implementieren – einschließlich aller Daten, die übertragen werden zwischen verschiedenen ICT-Netzwerken geteilt oder in einem Cloud-Speicher gespeichert. Da IoT-Geräte in der Regel auf Bibliotheken und Frameworks von Drittanbietern angewiesen sind, die möglicherweise nicht immer mit den neuesten Software-Updates einer bestimmten Stadt aktualisiert werden, müssen Sie sicherstellen, dass diese Art von Abhängigkeiten von Grund auf neu erstellt oder vor ihrer Verwendung in Smart City gründlich getestet wurden Projekte.

Während die meisten Kommunen seit Jahrzehnten auf kabelgebundene Netzwerke setzen, bewegen sie sich aufgrund der geringeren Kosten und der einfacheren Installation schnell auf drahtlose Technologien: Ein modernes SCMP wie ein intelligentes Transportsystem kann jeden Tag Millionen von Datenpaketen senden und empfangen, weshalb Es ist so wichtig, dass diese Art von Systemen von Grund auf im Hinblick auf Sicherheit entwickelt wurde.

Wenn es um die Sicherung von SCMPs geht, die auf Wireless-Technologien basieren, gibt es drei Hauptkomponenten, die Sie kennen sollten: Interferenzen, Jamming und Spoofing. Sie können sich Interferenzen als unerwünschtes Signalrauschen oder Datenverlust vorstellen, der durch zwei oder mehr Quellen verursacht wird, die um Sendezeit über dieselbe Hardware kämpfen, während Jamming jeder absichtliche Versuch ist, ein anderes Gerät am Empfangen von Signalen durch Brute-Force zu hindern (Überwältigen des Signals mit Rauschen) oder durch Blockieren des von diesem anderen Gerät verwendeten Frequenzbereichs. Spoofing ist eine Form des Identitätsdiebstahls, die auftritt, wenn böswillige Parteien versuchen, Pakete von einem anderen Gerät zu senden, das vorgibt, eine vertrauenswürdige Quelle zu sein. Alle drei Arten von Angriffen können potenziell dazu führen, dass sensible Informationen preisgegeben oder manipuliert werden, und – je nach dem von Ihren SCMPs verwendeten Frequenzband – ist es möglich, dass diese Art von Sicherheitsverletzungen von den für die Systemwartung zuständigen Personen unbemerkt bleiben.

Während einige Arten von Interferenzen durch ein angemessenes Protokollmanagement abgemildert werden können (insbesondere wenn sie durch natürliche Elemente wie Sonneneruptionen verursacht werden), sollten Sie über Jamming und Spoofing als zwei Hauptbereiche nachdenken, in denen IoT-Sicherheitsstandards immer noch mit den Anforderungen der Industrie Schritt halten . Ein gemeinsames Thema aller drahtlosen Systeme ist, dass sie eine Erlaubnis benötigen, um auf bestimmten Frequenzen innerhalb ihrer zulässigen Bänder zu arbeiten, was bedeutet, dass ein Störangriff erkannt werden kann, indem benachbarte Frequenzen auf übermäßiges Rauschen untersucht werden. Spoofing-Angriffe sind etwas komplizierter zu erkennen, da die Forscher herausfinden müssen, ob ein bestimmtes Paket von einer autorisierten Quelle stammt oder nicht – was bei einem erfolgreichen Spoofing-Versuch fast unmöglich ist.

Da Kommunen weiterhin in SCMPs investieren, die für die öffentliche Nutzung konzipiert sind, ist es wichtig, dass sie diese Art von Angriffen beim Hardware-Design und der Systemintegration im Auge behalten: Während Unternehmen wie Cisco seit Jahren Hochfrequenz-Sicherheitstools in ihre IoT-Plattformen einbauen (siehe wie sie hier Bedrohungen wie Jamming und Spoofing bekämpfen ), haben andere den Schutz von drahtlosen Netzwerken nicht ausdrücklich zu ihren Kernanliegen erklärt – trotz mehrerer Vorfälle mit physischen Angriffen auf lokale ICT-Infrastrukturen. Wie jedes andere sensible Netzwerk verlassen sich SCMPs auf eine Kombination aus kabelgebundenen und kabellosen Methoden zur Datenübertragung, was bedeutet, dass Systemadministratoren sicherstellen müssen, dass ihre Standards alle Arten von erkennbaren Störungen innerhalb bestimmter Frequenzbänder berücksichtigen.

Obwohl die Hauptquelle für diese Art von Angriffen immer noch Hackern zugeschrieben wird, die nach persönlichen Informationen oder Points-of-Interest-Daten suchen, gibt es keinen Grund, warum andere Angreifer nicht verschiedene Arten von kritischer Infrastruktur angreifen könnten, wenn sie nicht mit Sicherheit ausgestattet sind von Grund auf im Kopf. Angesichts der Menge an Geld, die Kommunen in den letzten zehn Jahren in öffentliches WLAN investiert haben, ist es wichtig, dass Sie Ihre SCMPs vor Angriffen schützen, indem Sie von innen nach außen über den Schutz von drahtlosen Netzwerken nachdenken.

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