JP7005707B2 - スマートカード - Google Patents

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Description

本発明は、スマートカードに関し、特に、スマートカードのアンテナ端を制御することで、スマートカードを活性化及び非活性化するための方法に関するものである。
また、本発明は、スマートカードのアンテナ端より発生する交流信号の干渉を除去することで、スマートカード内の誤動作を防止し、無線周波数通信の安定性を向上させるスマートカードに関するものである。
一般に、スマートカードは、ＮＦＣカード、ＩＣカードなどと呼ばれており、このようなスマートカードは、カードリーダー（Card reader）との通信方法によって接触式カードと非接触式カードとに分かれる。接触式カード（Contact Card）は、金メッキが施された接触面をカードリーダーに接触することでカードリーダーと通信できるカードを意味し、非接触式カード（Contactless Card）は、カード内に内蔵されている無線アンテナを利用して無線周波数（Radio Frequency）方式でカードリーダーと通信できるカードを意味する。さらに、接触式カードと非接触式カードとが全部結合されているコンビカード（Combi Card）とハイブリッドカード（Hybrid Card）もある。
非接触式カード、特に、スマートカードは、カードリーダーが無線周波数信号を利用して近距離に位置するスマートカードを認識する。カードリーダーとスマートカードは、無線周波数信号を通して情報を交換することができる。このようなスマートカードは、カード内のＩＣチップ（Integrated Circuit Chip）を駆動するための電源供給が無線アンテナの電子結合を通して行われており、カードリーダーと通信のために、電磁気誘導方式を利用する。即ち、スマートカードは、カードリーダーに接近させれば、無線アンテナに誘導起電力が生じ、情報をカードリーダーが読み取ることができるようになる。これに対し、非接触式スマートカードは、外部との直接的な接触がないため、外部環境に強く、カードリーダーに挿入するか、接触させる必要がなく、一定の距離内に接近すれば動作するので、カード使用の便利性と活用性に優れる。
スマートカードの電源供給機能及び情報交換のために提案された従来の構造を説明する。
図１及び図２は、従来の電子カードを含むスマートカードの構造を示す図である。
図１及び図２を参照すれば、一般的な電子回路が内蔵された従来のスマートカードであり、スマートカードチップ２０以外に、特定の応用機能を支援するための一般回路３０が付加され、スマートカードチップ２０と一般回路３０がアンテナ１０＿１、１０＿２を介して電源が供給され、外部のカードリーダーと無線周波数通信を行う。このとき、アンテナ１０＿１とスマートカードチップ２０が電気的に接続され、スイッチ２５を介してアンテナ１０＿１とスマートカードチップ２０の電気的接続がオン／オフされる。スイッチ２５は、接続線３１を介して接続された一般回路３０の制御によってオン／オフされる。図１は、スマートカード内にスイッチ２５、及びスマートカードチップ２０が直列接続された場合であり、図２は、スマートカード内にスイッチ２５とスマートカードチップ２０が並列接続された例である。
このような、従来のスマートカードは、外部のカードリーダーと無線周波数通信を行う間、アンテナ１０＿１を介して受信される無線周波数の交流信号が接続線３１を乗って逆流入され、一般回路３０に損傷が生じる問題が発生する。このような損傷は、スマートカードの誤動作を惹き起こす原因となる。
本発明は、前述のような問題点を解決するためのものであり、アンテナ端より発生する交流信号の干渉を除去することで、電子回路を含むスマートカード内の誤動作を防止し、無線周波数通信の安定性を向上させるスマートカードを提供することができる。
前述のような目的を達成するために、本発明の一実施例に係るスマートカードは、カードリーダーとの無線周波数通信を行うための第１アンテナ及び第２アンテナで構成されたデュアルアンテナ；前記第１アンテナと電気的に接続され、前記第１アンテナを介して無線周波数通信を行うＩＣチップ；前記第２アンテナを介して受信される無線周波数信号を変換し、直流電源を生成する電源生成部；前記電源生成部から生成された直流電源が供給され、様々なモジュールに対する制御を行う制御部；及び、前記第１アンテナと前記ＩＣチップと間に配置し、前記制御部の制御下で前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を遮断する遮断部；を含むことができる。
また、前記遮断部は、前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を整流する整流器；及び前記制御部の制御信号に応じて前記整流器の出力端を接地と接続するスイッチ；を含むことができる。
ここで、前記制御信号が、前記ＩＣチップの非活性化状態を示す低レベルで提供されれば、前記スイッチはターンオン（turn-on）される。
反面、前記制御信号が、前記ＩＣチップの活性化状態を示す高レベルで提供されれば、前記スイッチはターンオフ（turn-off）される。これに対し、前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号は、前記ＩＣチップに提供され、前記遮断部に提供された無線周波数信号は直流電源に整流され、接地と遮断される。
また、前記電源生成部から生成された直流電源を貯蔵し、前記制御部の制御下で前記様々なモジュールの動作に必要な直流電源を供給する内蔵バッテリ；をさらに含むことができる。
ここで、前記様々なモジュールは、ユーザーインタフェース、ディスプレイ、指紋認識モジュール、無線充電のいずれか一つ以上であってもよい。
他の実施例において、前記遮断部は、前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を整流する整流器；及びキャパシターと直列連結され、前記制御部の制御信号に応じて前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を、前記キャパシターを介して接地と接続するスイッチ；を含み、前記整流器の接地、は前記スイッチ及び前記制御部の接地と共通に接続される。
前記のような本発明に係るスマートカードは、アンテナ端を効果的に制御することで、スマートカードの活性化及び非活性化をエラーなしで動作させることができ、電子回路に逆流入される交流信号の干渉を除去し、スマートカード内の誤動作を防止し、無線周波数通信の安定性を向上させることができる。
従来の電子カードを含むスマートカードの構造を示す図である。 従来の電子カードを含むスマートカードの構造を示す図である。 本発明の一実施例に係るスマートカードの構造を示す図である。 本発明の他の実施例に係るスマートカードの構造を示す図である。 図４のスイッチング状態の遮断部の動作を簡略に示す図である。
以下で、本発明の技術的思想を明確化するために添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明するする。本発明の説明において、関連した公示機能又は構成要素に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曇らせると判断される場合、その詳細な説明を省略する。図面中、実質的に同じ機能構成を有する構成要素については、たとい他の図面上に表示されてもできるだけ同じ参照番号及び符号を付する。説明の便宜のために必要な場合には、装置と方法を共に叙述する。
以下では、本発明の好ましい実施例を添付された図面を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施例に係るスマートカードの構造を示す図である。
図３を参照すれば、スマートカードは、第１アンテナ１１０＿１及び第２アンテナ１１０＿２からなるデュアルアンテナ１１０＿１、１１０＿２、電源生成部１１５、ＩＣチップ１２０、制御部１３０及び遮断部１４０を含むことができる。
デュアルアンテナ１１０＿１、１１０＿２は、外部のカードリーダーとの無線周波数通信を行うことができる。ここで、無線周波数通信は、ＮＦＣ（Near Field Communication）モジュール（未図示）を介して行われており、１０ｃｍ以内の近い距離で様々な無線データを授受する通信技術である。ここで、ＮＦＣは、通信距離が短いので、相対的にセキュリティに優れ、価格が安く、注目される次世代近距離通信技術である。これにより、デュアルアンテナ１１０＿１、１１０＿２を利用してカードリーダーとの無線周波数通信を通した電力供給及び情報交換を非接触式で行うことができる。
第１アンテナ１１０＿１は、ＩＣチップ１２０と電気的に接続され、ＩＣチップ１２０とカードリーダーとの無線周波数通信を行うことができる。
第２アンテナ１１０＿２は、窮極的に制御部１３０と電気的に接続され、制御部１３０への無線周波数通信を行うことができる。
デュアルアンテナ１１０＿１、１１０＿２が物理的に互いに分離された構造を有するようにした状態で、ＩＣチップ１２０と制御部１３０への無線周波数通信が行われるように構成することによって、カードリーダーとスマートカードと間の無線周波数通信の安定性が向上され、スマートカードがカードリーダーから受信する電力量が増加する効果を奏することができる。
電源生成部１１５は、第２アンテナ１１０＿２と制御部１３０と間に配置され、第２アンテナ１１０＿２を介して受信される無線周波数信号を変換し、直流電源を生成して供給することができる。第２アンテナ１１０＿２を介して受信される無線周波数信号は、交流信号であるため、制御部１３０を動作させるための直流電源への変換が必要となる。
それ故に、電源生成部１１５は、第２アンテナ１１０＿２が受信する無線周波数信号を直流電源に変換することができる。このような電源生成部１１５は、電波整流（Full-Wave Rectifier）方式のブリッジ結合される４個のダイオードを利用した整流回路で構成され得る。
ＩＣチップ１２０は、第１アンテナ１１０＿１から受信される無線周波数信号を通して活性化される。このような、ＩＣチップ１２０は、第１アンテナ１１０＿１から受信される無線周波数信号を直流電源に整流する整流器（Rectifier）、自体演算機能付きマイクロ・プロセッサ（ＭＰＵ）、チップ運営体制（ＣＯＳ；Chip Operation System）が保存される不揮発性メモリーであるＲＯＭ（Read Only Memory）、アプリケーションプログラムとそのデータが保存される不揮発性メモリーである電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ；Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、様々な変数を含むデータを一時的に保存するための揮発性メモリーであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＩＣチップ１２０外部とのデータ交換のための入出力インターフェースを含んで構成される。
また、ＩＣチップ１２０は、セキュアエレメント（Secure Element）をさらに含んで具現されてもよい。ここで、セキュアエレメントは、ＵＩＣＣ（Universal Integrated Circuit Card）、ｅｍｂｅｄｄｅｄ ＳＥ（ｅＳＥ）及びＭｉｃｒｏ ＳＤを含むことができる。また、セキュアエレメントは、自体的な暗号化システムを備えており、制御部１３０とも分離されて提供されるため、ハッキングなどに強く、セキュリティが高い。セキュアエレメントには、相当なセキュリティが求められる情報が保存される。
制御部１３０は、電子回路であり、印刷回路又はチップ形態のＭＣＵ（Micro Controller Unit）を含むことができる。電源生成部１１５から直流電源が供給されて動作することができる。
それ故に、制御部１３０は、スマートカード内の全般的な動作を制御することができる。即ち、制御部１３０は、スマートカードに付加される様々な応用モジュールを動作させるように制御することができる。
例えば、スマートカードが残額表示機能を支援するディスプレイを追加的に構成する場合、制御部１３０は、ＩＣチップ１２０とのデータ交換によってディスプレイを動作させるための機能を制御するように構成される。
また、制御部１３０は、ＩＣチップ１２０を非活性化させために、遮断部１４０に制御信号を出力することができる。
例えば、制御部１３０は、無線充電機器を介したスマートカードの無線充電が行われる場合、ＩＣチップ１２０を非活性化させようと遮断部１４０がターンオンされるように制御信号を出力することができる。無線充電（ＷＰＣ；Wireless Power Charging）は、データ通信を行うときと違って、高い領域の周波数を使用して無線周波数信号の影響によりＩＣチップ１２０が破損される恐れがある。そこで、制御部１３０は、ＩＣチップ１２０を非活性化させて破損を防止する。
また別の例として、スマートカードがセキュリティモジュールである指紋認識モジュールを追加的に構成する場合、制御部１３０は、指紋が一致しなければＩＣチップ１２０を非活性化させるため、遮断部１４０がターンオンされるように制御信号を出力することができる。
遮断部１４０は、第１アンテナ１１０＿１とＩＣチップ１２０と間に配置し、制御部１３０の制御下で第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号を遮断することができる。このような遮断部１４０は、整流器１４１及びスイッチ１４３を含むことができる。
整流器１４１は、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号を直流電源に整流することができる。整流器１４１は、４個のダイオードをブリッジ形態に連結した電波整流回路で構成され得る。これにより、整流器１４１の両端Ｌ１／Ｌ２に受信される交流信号は、電波整流された直流電源として出力される。
これにより、整流器１４１は、ＩＣチップ１２０に提供される無線周波数信号とは別に、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号を整流することで、スイッチ１４３に整流された直流電源を供給することができる。
スイッチ１４３は、制御部１３０の制御信号に応じて整流器１４１の出力端を接地と接続することができる。即ち、スイッチ１４３は、制御信号に応じてターンオン又はターンオフ動作を行い、整流器１４１の出力端を接地と接続するか、遮断することができる。
これにより、遮断部１４０は、無線周波数信号を遮断するか、接続することができる。
ここで、制御部１３０とスイッチ１４３を接続する接続線１３１を介して提供される制御信号がＩＣチップ１２０の非活性化状態を示す低レベルＬで提供されれば、スイッチ１４３はターンオンされる。これにより、整流器１４１の出力端が接地と接続され整流された直流電源は、接地に流れていく。結局、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号は、遮断部１４０により直流電源に整流され、接地に接続されることで遮断される。
反面、制御信号がＩＣチップ１２０の活性化状態を示す高レベルＨで提供されれば、スイッチ１４３はターンオフされる。これにより、整流器１４１の出力端が接地と遮断される。結局、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号は、ＩＣチップ１２０に提供され、無線周波数通信を行うことになり、遮断部１４０に提供された無線周波数信号は、直流電源に整流されたまま接地と遮断される。
これにより、接続線１３１を介して制御部１３０に交流信号が流れて行く問題が解消される。即ち、受信される無線周波数信号は、遮断部１４０により直流電源に整流され、制御部１３０に影響を及ぼすことなく、ＩＣチップ１２０が動作するのに何ら干渉を惹き起こさない
スマートカードは、内蔵バッテリ（未図示）をさらに含むことができる。内蔵バッテリ（未図示）は、電源生成部１１５から生成された直流電源を貯蔵し、制御部１３０の制御下で様々なモジュールの動作に必要な直流電源を供給することができる。即ち、内蔵バッテリ（未図示）でＩＣチップ１２０、ディスプレイ、指紋認識モジュールなどのモジュールにそれぞれ駆動電源を供給することができる。内蔵バッテリ（未図示）は、ディスプレイと指紋認識モジュールなどの電気的信号によって駆動される構成要素を作動させるために、スマートカード１２０内に設けられてもよく、ペーパーバッテリ（paper battery）形態で内蔵されてもよい。このとき、内蔵バッテリ（未図示）は、別途の薄膜型無線充電モジュールで構成されてもよく、クロックジェネレータ（clock generator）又は軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ；Flexible Printed Circuit Board）形態で内蔵されてもよい。
また、スマートカードは、ユーザーインタフェース（未図示）をさらに含むことができる。ユーザーインタフェースは、ユーザーがスマートカードの機能を選択するための入力データの入力を受けることができる。ユーザーインタフェースは、入力された入力データを制御部１３０に提供することができる。このようなユーザーインタフェースは、キーボード（keyboard）、キーパッド（key pad）、タッチパッド（touch pad）、ドームスイッチ（dome switch）等で構成され得る。特に、タッチパッドは、タッチスクリーン（touch screen）で通用され得る。
また、スマートカードは、ディスプレイ（未図示）をさらに含むことができる。ディスプレイは、ユーザーにカード情報及び様々な選択情報を表示することができる。即ち、ディスプレイは、スマートカードで処理される情報を表示することができる。このようなディスプレイは、Ｅ－ペーパー（E-paper）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、軟性ディスプレイ（Flexible Display）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜トランジスター液晶ディスプレイ（thin film transistor-liquid crystal display）等で構成され得る。
また、スマートカードは、指紋認識モジュール（未図示）をさらに含むことができる。指紋認識モジュールは、指紋センサーと保存部を含む。指紋センサーは、スマートカードの表面に一面が露出され、指の指紋を認識することができ、認識された指紋情報は保存部に保存される。このとき、認識された指紋情報は、ユーザーの特定の指の指紋のみ保存してもよく、複数の指の指紋が保存されるようにしてもよい。指紋センサーを介して認識された指紋情報と保存部に既保存された指紋情報とを比較して、ＩＣチップ１２０を活性化する動作は、制御部１３０を介して具現され得る。
図４は、本発明の他の実施例に係るスマートカードの構造を示す図であり、図５は、図４のスイッチング状態の遮断部の動作を簡略に示す図である。
図４を参照すれば、スマートカードは、第１アンテナ１１０＿１及び第２アンテナ１１０＿２からなるデュアルアンテナ１１０＿１、１１０＿２、電源生成部１１５、ＩＣチップ１２０、制御部１３０及び遮断部２４０を含むことができる。図３と同じ符号は、その説明が同じであるので、詳細な説明は省略する。
遮断部２４０は、第１アンテナ１１０＿１とＩＣチップ１２０と間に配置し、制御部１３０の制御下で第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号を遮断することができる。
遮断部２４０は、整流器２４１及びキャパシターＣ１、Ｃ２とそれぞれ直列接続されたスイッチ２４３＿１、２４３＿２を含むことができる。
整流器２４１は、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号を直流電源に整流することができる。整流器２４１は、４個のダイオードをブリッジ形態に連結した電波整流回路で構成され得る。整流器２４１の接地は、スイッチ２４３＿１、２４３＿２及び物理的に分離されている制御部１３０の接地と共通に接続されるように具現され得る。
第１アンテナ１１０＿１の一端ＬＡでキャパシターＣ１と直列接続されたスイッチ２４３＿１及び第１アンテナ１１０＿１の他端ＬＢでキャパシターＣ２と直列接続されたスイッチ２４３＿２は、制御部１３０の制御信号に応じてキャパシターＣ１、Ｃ２を通過した無線周波数信号を接地に接続することができる。即ち、スイッチ２４３＿１、２４３＿２は、制御信号に応じてターンオン又はターンオフ動作を行い、キャパシターＣ１、Ｃ２を通過した無線周波数信号を接地と接続するか、遮断することができる。
これにより、遮断部２４０は、無線周波数信号を遮断するか、接続することができる。ここで、制御部１３０とスイッチ２４３＿１、２４３＿２を接続する接続線１３１を介して提供される制御信号がＩＣチップ１２０の非活性化状態を示す低レベルＬで提供されれば、スイッチ２４３＿１、２４３＿２はターンオンされる。
図５に示されるように、キャパシターＣ１、Ｃ２を通過した無線周波数信号が接地に流れて行く。結局、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号は、遮断部２４０により周波数が減殺され、接地に接続されることで遮断される。
反面、制御信号がＩＣチップ１２０の活性化状態を示す高レベルＨで提供されれば、スイッチ１４３はターンオフされる。これにより、キャパシターＣ１、Ｃ２を通過した無線周波数信号は接地と接続が遮断される。
結局、第１アンテナ１１０＿１を介して受信される無線周波数信号は、ＩＣチップ１２０に提供され、無線周波数通信を行うことになり、遮断部２４０に提供された無線周波数信号は、直流電源に整流されるか、キャパシターＣ１、Ｃ２により周波数が減殺されたまま接地と遮断される。
これにより、接続線１３１を介して制御部１３０に交流信号が逆流入される問題が解消される。即ち、受信される無線周波数信号は、遮断部２４０により直流電源に整流されるか、周波数が減殺され、制御部１３０に影響を及ぼすことなく、ＩＣチップ１２０が動作するのに何ら干渉を惹き起こさない。
これにより、スマートカードは、アンテナ端を効果的に制御することで、スマートカードの活性化及び非活性化をエラーなしで動作させることができ、電子回路に逆流入される交流信号の干渉を除去し、スマートカード内の誤動作を防止し、無線周波数通信の安定性を向上させることができる。
以上で、本発明について図面に図示された好ましい実施例を中心に詳細した。このような実施例は、この発明を限定するものではなく、例示的なものに過ぎなく、限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮しなければならない。本発明の真の技術的保護範囲は、前述した説明ではなく添付された特許請求の範囲の技術的思想によって決まる。本明細書に特定の用語が使用されたとしても、これは単に本発明の概念を説明するための目的で使用されたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使用されたものではない。本発明の各ステップは、必ず記載順に行われなければならない必要はなく、並列的、選択的又は個別的に行われてもよい。本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者は、特許請求の範囲で請求する本発明の本質的な技術思想から逸脱しない範囲で様々な変形形態及び均等の他の実施例が可能である。均等物は、現在の公示された均等物だけでなく、将来に開発される均等物、即ち構造と関係がなく同じ機能を遂行するように発明された全ての構成要素を含むと理解されなければならない。
１１０＿１、１１０＿２：デュアルアンテナ
１１５：電源生成部
１２０：ＩＣチップ
１３０：制御部
１４０、２４０：遮断部
１４１、２４１：整流器
１４３、２４３＿１、２４３＿２：スイッチ

Claims (7)

  1. カードリーダーとの無線周波数通信を行うための第１アンテナ及び第２アンテナで構成されたデュアルアンテナ；
    前記第１アンテナと電気的に接続され、前記第１アンテナを介して無線周波数通信を行うＩＣチップ；
    前記第２アンテナを介して受信される無線周波数信号を変換し、直流電源を生成する電源生成部；
    前記電源生成部から生成された直流電源が供給され、様々なモジュールに対する制御を行う制御部；及び、
    前記第１アンテナと前記ＩＣチップと間に配置し、前記制御部の制御下で前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を遮断する遮断部；を含み、
    前記遮断部は、
    前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を整流する整流器；及び前記制御部の制御信号に応じて前記整流器の出力端を接地と接続するスイッチ；を含むことを特徴とするスマートカード。
  2. 前記制御信号が、前記ＩＣチップの非活性化状態を示す低レベルで提供されれば、前記スイッチは、ターンオンされることを特徴とする請求項１に記載のスマートカード。
  3. 前記制御信号が、前記ＩＣチップの活性化状態を示す高レベルで提供されれば、前記スイッチは、ターンオフされることを特徴とする請求項１に記載のスマートカード。
  4. 前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号は、前記ＩＣチップに提供され、前記遮断部に提供された無線周波数信号は、直流電源に整流され、接地と遮断されることを特徴とする請求項３に記載のスマートカード。
  5. 前記電源生成部から生成された直流電源を貯蔵し、前記制御部の制御下で前記様々なモジュールの動作に必要な直流電源を供給する内蔵バッテリ；をさらに含む請求項１に記載のスマートカード。
  6. 前記様々なモジュールは、ユーザーインタフェース、ディスプレイ、指紋認識モジュール、無線充電のいずれか１つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のスマートカード。
  7. カードリーダーとの無線周波数通信を行うための第１アンテナ及び第２アンテナで構成されたデュアルアンテナ；
    前記第１アンテナと電気的に接続され、前記第１アンテナを介して無線周波数通信を行うＩＣチップ；
    前記第２アンテナを介して受信される無線周波数信号を変換し、直流電源を生成する電源生成部；
    前記電源生成部から生成された直流電源が供給され、様々なモジュールに対する制御を行う制御部；及び、
    前記第１アンテナと前記ＩＣチップと間に配置し、前記制御部の制御下で前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を遮断する遮断部；を含み、
    前記遮断部は、
    前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を整流する整流器；及び
    キャパシターと直列接続され、前記制御部の制御信号に応じて前記第１アンテナを介して受信される無線周波数信号を、前記キャパシターを介して接地と接続するスイッチ；を含み、
    前記整流器の接地は、前記スイッチ及び前記制御部の接地と共通に接続されることを特徴とするスマートカード。
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