PHPでカスタムプロトコルを実装する際、ストリームラッパーは非常に強力な手段です。PHPのストリームラッパーを活用することで、独自のデータアクセスプロトコルを作成し、ファイル操作やネットワーク通信など、標準的なI/O操作と同じように扱うことができます。たとえば、ファイルシステムやリモートサーバーとの連携をカスタマイズしたい場合や、特定のデータ形式に対応するプロトコルを用意したい場合に適しています。本記事では、PHPでカスタムプロトコルを実現するためのストリームラッパーの基本から具体的な実装方法、さらには応用例までを順を追って解説します。
ストリームラッパーとは
ストリームラッパーは、PHPにおけるデータの読み書きを抽象化する仕組みです。ファイルやネットワークリソースなど、さまざまなデータソースに対して統一的な操作インターフェースを提供し、異なるプロトコルであっても一貫したアクセスが可能になります。PHPには標準で多くのストリームラッパーが用意されており、http://
やftp://
などのURLスキームでアクセスする際に利用されています。
PHPのストリームラッパーは、データの読み書き、削除、変更などの操作に対応しており、ファイルアクセスやリモートデータの取得、さらにはデータベースとの連携まで幅広くサポートします。また、カスタムプロトコルを定義することで、開発者が独自のデータアクセス方法を実装し、既存のPHPストリーム機能と組み合わせて利用できるのも大きな魅力です。
PHPでのカスタムプロトコルの必要性
PHPでカスタムプロトコルを導入することは、特定のデータ処理や独自のデータソースへのアクセスを最適化する上で非常に有効です。例えば、標準プロトコルでは対応できない特殊なデータフォーマットやリソースにアクセスしたい場合、カスタムプロトコルの作成により、独自のビジネスロジックに即したデータの入出力を実現できます。
カスタムプロトコルを用いると、データの扱いが柔軟になり、PHP内での統一されたアクセス手法を構築できます。また、複数の異なるデータソースを横断的に利用したい場合にも、ストリームラッパーによって一貫性を保ちながらアクセスが可能です。これにより、コードの再利用性が向上し、メンテナンス性も高まります。カスタムプロトコルは、特定の環境や要件に最適化されたデータアクセスを提供するための強力な手段となります。
カスタムストリームラッパーの作成手順
PHPでカスタムプロトコルを実現するためには、独自のストリームラッパークラスを定義し、必要なメソッドを実装することが基本の流れとなります。まずは、PHPのstream_wrapper_register
関数を使用して、プロトコルの名前とストリームラッパークラスを関連付けます。以下が、基本的な作成手順です。
1. ストリームラッパークラスの定義
まず、ストリームラッパーとして機能するクラスを作成します。このクラスでは、PHPがストリームを操作するために使用する特定のメソッドを実装します。これにより、PHPのストリーム操作関数(fopen
, fread
, fwrite
など)で、カスタムプロトコルを通じたデータの操作が可能となります。
2. 必須メソッドの実装
PHPのストリームラッパークラスには、stream_open
, stream_read
, stream_write
, stream_close
など、特定のインターフェースが求められます。これらのメソッドにより、ファイルやリソースへのアクセス処理をカスタマイズできるようになります。
3. プロトコルの登録
カスタムストリームラッパーが定義できたら、stream_wrapper_register
を使ってプロトコル名を登録します。これにより、任意のURLスキーム(例:myprotocol://
)でカスタムプロトコルにアクセスできるようになります。
以下に、基本的なコードの構成例を示します。
class MyCustomProtocol {
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
// 初期化処理
}
public function stream_read($count) {
// 読み込み処理
}
public function stream_write($data) {
// 書き込み処理
}
public function stream_close() {
// 終了処理
}
}
stream_wrapper_register("myprotocol", "MyCustomProtocol");
このようにして、PHPにおけるカスタムプロトコルの土台を整えます。
ストリームラッパークラスの主要メソッド
PHPでカスタムストリームラッパーを作成する際、主要なメソッドを適切に実装することが求められます。これらのメソッドは、ストリームラッパーがデータの読み込みや書き込み、終了処理などの基本的な操作をサポートするために必要です。以下に、主要なメソッドとその役割を解説します。
1. `stream_open`
このメソッドは、ストリームのオープン処理に必要です。通常、ファイルやデータソースに対する接続や初期化を行い、ストリームを開きます。
- 引数:
$path
(ストリームのパス)、$mode
(読み込み・書き込みモード)など。 - 戻り値:初期化成功時は
true
、失敗時はfalse
。
2. `stream_read`
stream_read
メソッドは、指定されたバイト数のデータを読み取ります。ストリームに格納されているデータを取得し、PHPの読み込み機能と連携します。
- 引数:読み込むバイト数を指定する
$count
。 - 戻り値:取得したデータ。
3. `stream_write`
このメソッドは、ストリームにデータを書き込むために使用します。PHPのfwrite
などの関数を通じて、ストリームに情報を保存できます。
- 引数:
$data
(書き込むデータ)。 - 戻り値:書き込んだバイト数を返します。
4. `stream_close`
ストリーム操作が終了したときに呼ばれるメソッドで、接続を終了する処理を実装します。メモリの解放やファイルのクローズなどを行います。
- 役割:リソースの開放や終了処理。
5. その他のメソッド
特定のシナリオでは、追加のメソッドを実装することが有効です。たとえば、stream_seek
(位置指定)、stream_stat
(ストリームのメタデータ取得)、url_stat
(ファイル情報の取得)などがあり、それぞれの機能に応じた追加操作を実現します。
これらの主要メソッドを活用することで、PHPのストリームラッパーは通常のファイル操作と同じようにカスタムプロトコルのデータ操作を扱えるようになります。
ストリームのオープンとクローズ処理
ストリームラッパーのオープンとクローズ処理は、カスタムプロトコルのストリームを扱う上で最も重要な部分です。これらの処理は、ストリームの初期化とリソース解放のタイミングで実行されるため、適切に実装することが求められます。ここでは、stream_open
とstream_close
メソッドの役割と実装方法について詳しく解説します。
stream_openメソッドの実装
stream_open
メソッドは、カスタムプロトコルのストリームを開く際に呼び出されるメソッドです。このメソッドでは、データソース(ファイル、リモート接続、メモリなど)へのアクセスを初期化します。また、読み取り専用、書き込み専用などのモードに応じた処理も実装します。
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
// ストリームパスを解析してリソースにアクセス
$this->resource = fopen($path, $mode);
if ($this->resource === false) {
return false; // 初期化失敗
}
return true; // 初期化成功
}
パラメータの説明
- $path:アクセスするストリームのパスです。
- $mode:読み込み・書き込みモードを示す文字列(例:
r
、w+
など)。 - $options:オプションフラグ(
STREAM_USE_PATH
など)。 - $opened_path:オープンしたストリームのパスがセットされます。
ストリームのリソースを取得し、読み込みや書き込みが可能な状態にすることで、このプロトコル経由でのデータ操作が可能になります。
stream_closeメソッドの実装
stream_close
メソッドは、ストリームの操作が完了したときに呼び出されるメソッドです。これにより、リソースや接続を解放し、ストリームを安全に閉じることができます。
public function stream_close() {
// 開かれたリソースをクローズ
if (is_resource($this->resource)) {
fclose($this->resource);
}
}
リソース解放の重要性
このメソッドにより、メモリを占有するリソースやファイルを適切に閉じ、リソースリークを防ぎます。ストリーム操作が終わるたびに確実にクローズすることで、システム全体のパフォーマンスと安定性を維持します。
まとめ
stream_open
とstream_close
の適切な実装により、カスタムプロトコルでのデータの初期化と解放が正しく行えます。これにより、PHPの標準関数を使用したストリーム操作がシームレスに機能するようになります。
読み取り・書き込みの実装方法
ストリームラッパーでのデータの読み取りと書き込みは、カスタムプロトコルの基本的な操作です。PHPの標準ストリーム関数(fread
, fwrite
など)を使うことで、データの入出力が可能となります。このセクションでは、stream_read
とstream_write
メソッドの実装方法について解説します。
stream_readメソッドの実装
stream_read
メソッドは、ストリームから指定されたバイト数のデータを読み取るために使用されます。データをバッファリングして効率よく処理することが重要です。
public function stream_read($count) {
// リソースから指定バイト数のデータを読み込み
return fread($this->resource, $count);
}
パラメータと戻り値
- $count:読み込むバイト数。バッファのサイズを指定します。
- 戻り値:読み取ったデータ(バイナリ形式)。
このメソッドにより、カスタムプロトコル経由でのデータ取得が可能となります。PHPのストリーム関数を使用すると、必要なサイズのデータを逐次取得し、処理の効率を上げることができます。
stream_writeメソッドの実装
stream_write
メソッドは、ストリームにデータを書き込むためのメソッドです。標準的な書き込み処理に従い、指定されたデータをストリームリソースに保存します。
public function stream_write($data) {
// 指定のデータを書き込む
return fwrite($this->resource, $data);
}
パラメータと戻り値
- $data:書き込むデータ。文字列やバイナリデータが可能です。
- 戻り値:書き込まれたバイト数。
このメソッドにより、外部からのデータ入力をストリームに反映させることができます。fwrite
を用いることで、効率的な書き込みが可能となり、ファイルやリソースの更新がシームレスに行えます。
まとめ
これらのメソッドの実装により、カスタムプロトコルはデータの読み書きを柔軟にサポートします。PHPの標準関数でストリームのデータ操作を行うことができるため、開発者は統一されたインターフェースでファイルやリソースにアクセスできます。
ストリームラッパーの登録方法
カスタムストリームラッパーを利用するには、PHPに対してプロトコルの名前とクラスを登録する必要があります。このプロセスにより、独自のプロトコルを定義し、fopen
, file_get_contents
などの標準的なPHP関数で利用可能になります。ここでは、ストリームラッパーの登録方法と動作確認の手順について解説します。
stream_wrapper_register関数を使用した登録
ストリームラッパーの登録には、stream_wrapper_register
関数を使用します。この関数により、プロトコル名を任意のクラスに関連付けることで、指定のプロトコルスキームでアクセスできるようになります。
stream_wrapper_register("myprotocol", "MyCustomProtocol");
パラメータ
- プロトコル名:新しいプロトコルの名前を指定します(例:
myprotocol
)。 - クラス名:プロトコルに関連付けるカスタムクラス(例:
MyCustomProtocol
)。
これにより、myprotocol://
スキームで始まるURLが、指定のクラスにより処理されるようになります。
登録後の動作確認
プロトコルの登録が完了したら、動作確認を行います。fopen
関数などでmyprotocol://
形式のURLを使用し、期待通りの処理が行われているか確認します。
// カスタムプロトコル経由でのデータアクセス
$handle = fopen("myprotocol://resource", "r");
if ($handle) {
while (($line = fgets($handle)) !== false) {
echo $line;
}
fclose($handle);
}
このコードにより、myprotocol://
で始まるパスにアクセスし、カスタムストリームラッパーの機能を利用してデータを読み込むことができます。
エラー発生時の対処
登録処理が失敗した場合、stream_wrapper_register
はfalse
を返します。そのため、false
をチェックし、登録エラー時に適切なメッセージを出力することでデバッグが容易になります。
if (!stream_wrapper_register("myprotocol", "MyCustomProtocol")) {
die("プロトコルの登録に失敗しました。");
}
まとめ
ストリームラッパーを登録することで、PHP内でカスタムプロトコルを通じたデータアクセスが可能になります。標準的なPHP関数を使って独自のデータ形式やリソースにシームレスにアクセスできるようになるため、柔軟なプロトコル設計が実現します。
エラーハンドリングの実装
カスタムストリームラッパーで独自のプロトコルを使用する際には、エラーハンドリングが非常に重要です。適切なエラーハンドリングを実装することで、想定外の動作やデータ損失を防ぎ、信頼性の高いシステムを構築できます。ここでは、ストリームラッパーのエラーハンドリングの実装方法とデバッグのポイントについて解説します。
1. stream_openでのエラーチェック
stream_open
メソッドでは、ストリームの初期化が正しく行われたかどうかをチェックすることが重要です。ファイルやリソースが存在しない場合や、アクセス権限がない場合には、適切なエラーメッセージを出力し、false
を返すようにします。
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
$this->resource = @fopen($path, $mode);
if ($this->resource === false) {
trigger_error("ストリームのオープンに失敗しました:{$path}", E_USER_WARNING);
return false;
}
return true;
}
2. 読み取り・書き込み時のエラー処理
stream_read
やstream_write
でエラーが発生する可能性もあります。例えば、読み取り時にデータが取得できない場合や、書き込みが正常に行われない場合には、エラーメッセージを出力し、エラー処理を行います。
public function stream_read($count) {
$data = fread($this->resource, $count);
if ($data === false) {
trigger_error("データの読み取りに失敗しました", E_USER_WARNING);
}
return $data;
}
public function stream_write($data) {
$bytes_written = fwrite($this->resource, $data);
if ($bytes_written === false) {
trigger_error("データの書き込みに失敗しました", E_USER_WARNING);
}
return $bytes_written;
}
3. stream_closeでのリソース解放確認
ストリームを閉じる際にも、リソースが正しく解放されているかを確認します。ストリームが正しく閉じられなかった場合、メモリリークの原因となるため、警告を出力します。
public function stream_close() {
if (is_resource($this->resource) && !fclose($this->resource)) {
trigger_error("ストリームのクローズに失敗しました", E_USER_WARNING);
}
}
4. 例外処理によるエラーハンドリング
より詳細なエラーハンドリングが必要な場合には、例外処理を活用することも効果的です。例えば、ストリームの作成が依存する外部リソースがある場合、例外を投げることでエラー状況を明示し、上位コードでの処理を促すことが可能です。
デバッグのポイント
デバッグにはtrigger_error
やerror_log
を活用し、エラーメッセージをログに記録します。これにより、発生したエラーを把握しやすくなり、プロトコルの開発中に迅速なトラブルシューティングが可能です。
まとめ
適切なエラーハンドリングにより、カスタムプロトコルの動作を安定させ、エラー発生時の挙動を制御できます。これにより、ユーザーに対して予期せぬエラーが伝わらず、システムの信頼性が向上します。
セキュリティ対策とベストプラクティス
カスタムプロトコルのストリームラッパーを実装する際には、セキュリティ対策が不可欠です。特に外部からのデータを扱う場合、不正アクセスやデータ漏洩、コードインジェクションなどのリスクが伴います。ここでは、セキュリティ対策とベストプラクティスについて解説します。
1. 入力データの検証とサニタイズ
ストリームラッパーに渡される入力データが意図した形式であるかを検証し、不正なデータが含まれないようサニタイズします。特にファイルパスやURLなどを扱う際には、システムの予期しないディレクトリにアクセスしないよう、正規表現などで検証を行います。
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
if (!preg_match('/^myprotocol:\/\/[a-zA-Z0-9\/_-]+$/', $path)) {
trigger_error("不正なパスが指定されました", E_USER_WARNING);
return false;
}
$this->resource = fopen($path, $mode);
return $this->resource !== false;
}
2. ファイルのアクセス権限の制限
読み書き可能なファイルのアクセス権限を必要最小限に設定します。特に書き込み権限のあるファイルには注意が必要であり、不要なファイルへのアクセスを防ぐためにアクセス制御を実施します。
3. エラーメッセージの制御
エラーメッセージにはシステムの内部構造が表示されないよう注意します。trigger_error
などでユーザー向けにエラーメッセージを出力する場合、エラー原因の詳細を含めず、一般的なエラーメッセージのみを表示します。開発段階では詳細なエラーログを記録し、本番環境では制限することが推奨されます。
4. 外部データのエスケープと無害化
外部から取得するデータには、SQLインジェクションやコードインジェクションを防ぐために適切なエスケープ処理を施します。また、HTMLタグやスクリプトが含まれる可能性のあるデータに対しては、無害化の処理を行うことで、不正なスクリプトの実行を防止します。
5. PHPの設定での安全対策
allow_url_fopen
やallow_url_include
の設定を見直し、必要のない場合には無効にすることで、不正なリソースへのアクセスを防ぎます。さらに、open_basedir
の設定でファイルアクセスを限定することも効果的です。
6. 暗号化と認証の導入
データを外部サーバーとやり取りする場合、暗号化を用いて通信内容を保護します。SSL/TLSを用いることで、第三者が通信内容を盗聴できないようにします。また、プロトコルに認証機能を追加することで、正当なユーザー以外のアクセスを防ぐことができます。
ベストプラクティス
- 最小権限の原則を守る:ストリームラッパーには最低限の権限のみを付与し、不要なアクセスを避ける。
- エラーハンドリングを明確に:エラーハンドリングを適切に実装し、システムの安定性を保つ。
- 入力値のサニタイズ:外部からのデータに対しては、十分なサニタイズを行い、不正データの影響を最小化する。
まとめ
カスタムプロトコルにおけるセキュリティ対策とベストプラクティスを遵守することで、安全なストリームラッパーの実装が可能となります。セキュリティを強化することで、信頼性の高いデータアクセスを実現し、システム全体の堅牢性が向上します。
カスタムプロトコルの応用例
カスタムプロトコルを使用すると、特定のデータソースやリソースに独自の方法でアクセスできるようになります。ここでは、PHPのストリームラッパーを活用して、特定のデータソースと連携する実際の応用例について解説します。
1. JSON APIとの連携
多くのアプリケーションは外部APIからJSON形式のデータを取得しますが、専用のカスタムプロトコルを使用すると、APIアクセスがシンプルで統一的な方法で行えるようになります。たとえば、jsonapi://
スキームを使ってJSONデータを取得し、ストリーム経由でアクセスすることが可能です。
class JsonApiStreamWrapper {
private $resource;
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
$url = str_replace("jsonapi://", "https://api.example.com/", $path);
$this->resource = fopen($url, "r");
return $this->resource !== false;
}
public function stream_read($count) {
return fread($this->resource, $count);
}
public function stream_close() {
fclose($this->resource);
}
}
stream_wrapper_register("jsonapi", "JsonApiStreamWrapper");
// 使用例
$handle = fopen("jsonapi://users", "r");
echo stream_get_contents($handle);
fclose($handle);
このコードにより、jsonapi://
プロトコルを使用してJSONデータを取得でき、APIアクセスが簡便になります。
2. ローカルキャッシュを利用したデータ読み込み
外部からのデータ取得に時間がかかる場合、ローカルキャッシュを活用してパフォーマンスを向上させることができます。カスタムプロトコル内でキャッシュ機能を実装し、頻繁にアクセスするデータをキャッシュファイルから読み込むように設定します。
class CachedApiStreamWrapper {
private $cacheFile;
private $resource;
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
$this->cacheFile = "/path/to/cache/" . md5($path) . ".cache";
if (file_exists($this->cacheFile)) {
$this->resource = fopen($this->cacheFile, "r");
} else {
$url = str_replace("cachedapi://", "https://api.example.com/", $path);
$data = file_get_contents($url);
file_put_contents($this->cacheFile, $data);
$this->resource = fopen($this->cacheFile, "r");
}
return $this->resource !== false;
}
public function stream_read($count) {
return fread($this->resource, $count);
}
public function stream_close() {
fclose($this->resource);
}
}
stream_wrapper_register("cachedapi", "CachedApiStreamWrapper");
// 使用例
$handle = fopen("cachedapi://data", "r");
echo stream_get_contents($handle);
fclose($handle);
このコードは、cachedapi://
プロトコルでAPIから取得したデータをキャッシュに保存し、以降のアクセスではキャッシュを使用します。これにより、パフォーマンスが向上し、外部リソースへの負荷が軽減されます。
3. カスタムログシステムの構築
ストリームラッパーを使ってカスタムプロトコルを実装することで、ログシステムに統一的にアクセスすることも可能です。たとえば、log://
プロトコルを作成し、ファイルシステムのローカルディレクトリやリモートのログサーバーに対してログを書き込むことができます。
class LogStreamWrapper {
private $logFile;
public function stream_open($path, $mode, $options, &$opened_path) {
$this->logFile = "/path/to/logs/" . basename($path) . ".log";
$this->resource = fopen($this->logFile, $mode);
return $this->resource !== false;
}
public function stream_write($data) {
return fwrite($this->resource, "[" . date("Y-m-d H:i:s") . "] " . $data);
}
public function stream_close() {
fclose($this->resource);
}
}
stream_wrapper_register("log", "LogStreamWrapper");
// 使用例
$handle = fopen("log://error", "a");
fwrite($handle, "エラーメッセージが発生しました\n");
fclose($handle);
このコードにより、log://
プロトコルでファイルにログを簡単に記録でき、エラーメッセージなどを一貫したフォーマットで保存することが可能です。
まとめ
これらの応用例を通じて、カスタムプロトコルの柔軟性と実用性を実感できるでしょう。カスタムストリームラッパーを活用することで、API連携やキャッシュ機能、ログ管理など、さまざまなデータアクセスの要件に応じた柔軟な処理を実現できます。
カスタムストリームラッパーのテスト方法
カスタムストリームラッパーが正確に動作するかを確認するには、テストを実施し、期待通りの動作を検証することが重要です。テストにより、バグやエラーを早期に発見し、プロトコルの信頼性を向上させることができます。ここでは、カスタムストリームラッパーのテスト方法と、特に注意すべきチェックポイントについて解説します。
1. 基本機能のテスト
まず、基本的なオープン、読み取り、書き込み、クローズ機能が正常に動作するかを確認します。これには、各メソッドに対して異なる状況でのテストを行うことが推奨されます。以下は、基本テストの一例です。
// ストリームラッパーの登録
stream_wrapper_register("myprotocol", "MyCustomProtocol");
// 読み取りテスト
$handle = fopen("myprotocol://resource", "r");
if ($handle) {
$data = stream_get_contents($handle);
fclose($handle);
echo "データの読み取りに成功しました:$data\n";
} else {
echo "データの読み取りに失敗しました\n";
}
// 書き込みテスト
$handle = fopen("myprotocol://resource", "w");
if ($handle) {
fwrite($handle, "テストデータ");
fclose($handle);
echo "データの書き込みに成功しました\n";
} else {
echo "データの書き込みに失敗しました\n";
}
2. エラーハンドリングのテスト
ストリームラッパーが異常な状況下でも正しくエラーを処理できるかを検証します。たとえば、無効なパスや権限のない操作を試し、適切なエラーメッセージが出力されるかを確認します。
$handle = fopen("myprotocol://invalidpath", "r");
if (!$handle) {
echo "無効なパスに対するエラー処理が正常に機能しています\n";
}
3. パフォーマンステスト
特定の操作に対するレスポンスが適切な速度で行われるかを確認します。特に大規模データの読み取りや書き込みを行う場合、遅延が発生しないかチェックすることが重要です。
4. テストコードの自動化
PHPの単体テストフレームワークであるPHPUnitを使用することで、テストの自動化が可能です。以下のようにPHPUnitのテストケースを作成し、ストリームラッパーの動作を定期的にチェックすることで、保守性が向上します。
use PHPUnit\Framework\TestCase;
class MyCustomProtocolTest extends TestCase {
public function testStreamOpen() {
$handle = fopen("myprotocol://resource", "r");
$this->assertTrue($handle !== false);
fclose($handle);
}
public function testStreamRead() {
$handle = fopen("myprotocol://resource", "r");
$data = fread($handle, 1024);
$this->assertNotEmpty($data);
fclose($handle);
}
public function testStreamWrite() {
$handle = fopen("myprotocol://resource", "w");
$bytesWritten = fwrite($handle, "テストデータ");
$this->assertGreaterThan(0, $bytesWritten);
fclose($handle);
}
}
5. セキュリティテスト
外部からの不正アクセスやインジェクション攻撃への対策が正しく機能しているかをテストします。特に入力データのサニタイズやアクセス制御の機能が動作しているかを確認し、不正なアクセスが防がれているかを検証します。
まとめ
カスタムストリームラッパーのテストは、信頼性と安全性を確保するために不可欠です。適切なテスト手法を実施することで、カスタムプロトコルが安定して動作することを確認し、メンテナンス性とセキュリティを強化できます。
まとめ
本記事では、PHPでカスタムプロトコルをストリームラッパーを使って実装する方法について詳しく解説しました。ストリームラッパーの基本概念から、主要なメソッドの実装、登録方法、エラーハンドリングやセキュリティ対策、さらに応用例まで幅広く取り上げました。適切なテストとセキュリティ対策を行うことで、信頼性が高く柔軟なデータアクセスを実現できます。カスタムストリームラッパーの活用により、PHPでのデータ処理の幅が大きく広がりますので、ぜひプロジェクトに取り入れてみてください。
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