一網打盡!每個程序猿都該了解的黑客技術大匯總

軒轅之風· 2020-04-03
本文來自 編程技術宇宙 ,作者 軒轅之風

上面這個段子估計很多朋友都看過,程序員被黑過無數次,在其他人眼中,仿佛我們需要寫得了木馬,翻得了圍墻,修得了電腦,找得到資源,但凡是跟計算機沾點邊的,咱都得會才行。

一網打盡!每個程序猿都該了解的黑客技術大匯總

段子歸段子,言歸正傳,對于咱們程序員來說,多多少少了解一些信息安全的技術知識還是大有裨益的,不僅能了解一些計算機和網絡的底層原理,也能反哺我們的開發工作,帶著安全思維編程,減少漏洞的產生。

信息安全大體可分為三個大的分支:

  • 網絡安全

  • 系統安全

  • 密碼學

下面軒轅君就這三個領域分別羅列一些常用的黑客技術,部分技術是存在領域交叉的,就將其劃入主要那個類別里去了。

一、網絡安全

1. SQL注入

Web安全三板斧之首,大名鼎鼎的SQL注入。

SQL注入攻擊的核心在于讓Web服務器執行攻擊者期望的SQL語句,以便得到數據庫中的感興趣的數據或對數據庫進行讀取、修改、刪除、插入等操作,達到其邪惡的目的。

而如何讓Web服務器執行攻擊者的SQL語句呢?SQL注入的常規套路在于將SQL語句放置于Form表單或請求參數之中提交到后端服務器,后端服務器如果未做輸入安全校驗,直接將變量取出進行數據庫查詢,則極易中招。

SQL

舉例如下:

對于一個根據用戶ID獲取用戶信息的接口,后端的SQL語句一般是這樣:

select name,[...] from t_user where id=$id

其中,$id就是前端提交的用戶id,而如果前端的請求是這樣:

select name,[...] from t_user where id=$id

其中請求參數id轉義后就是1 or 1=1,如果后端不做安全過濾直接提交數據庫查詢,SQL語句就變成了:

select name,[...] from t_user where id=1 or 11=1

其結果是把用戶表中的所有數據全部查出,達到了黑客泄露數據的目的。

以上只是一個極簡單的示例,在真實的SQL注入攻擊中參數構造和SQL語句遠比這復雜得多,不過原理是一致的。

SQL注入<span><span><span><i text-align: center;信息安全/黑客/網絡安全

XSS攻擊的核心是將可執行的前端腳本代碼(一般為JavaScript)植入到網頁中,聽起來比較拗口,用大白話說就是攻擊者想讓你的瀏覽器執行他寫的JS代碼。那如何辦到呢?一般XSS分為兩種:

反射型:

信息安全/黑客/網絡安全

  • 攻擊者將JS代碼作為請求參數放置URL中,誘導用戶點擊 示例:

http://localhost:8080/test?name=<script>alert("you are under attack!")</script>
  • 用戶點擊后,該JS作為請求參數傳給Web服務器后端

  • 后端服務器沒有檢查過濾,簡單處理后放入網頁正文中返回給瀏覽器

  • 瀏覽器解析返回的網頁,中招!

存儲型:

信息安全/黑客/網絡安全

上述方式攻擊腳本直接經服務器轉手后返回瀏覽器觸發執行,存儲型與之的區別在于能夠將攻擊腳本入庫存儲,在后面進行查詢時,再將攻擊腳本渲染進網頁,返回給瀏覽器觸發執行。常見的套路舉例如下:

  • 攻擊者網頁回帖,帖子中包含JS腳本

  • 回帖提交服務器后,存儲至數據庫

  • 其他網友查看帖子,后臺查詢該帖子的回帖內容,構建完整網頁,返回瀏覽器

  • 該網友瀏覽器渲染返回的網頁,中招!

防御手段:前后端均需要做好內容檢測,過濾掉可執行腳本的侵入

重點關注:前端工程師、Web后端工程師

3. CSRF攻擊

Web安全三板斧之三,攻擊示意圖如下:

信息安全/黑客/網絡安全

核心思想在于,在打開A網站的情況下,另開Tab頁面打開惡意網站B,此時在B頁面的“唆使”下,瀏覽器發起一個對網站A的HTTP請求。這個過程的危害在于2點:

  • 這個HTTP請求不是用戶主動意圖,而是B“唆使的”,如果是一個危害較大的請求操作(發郵件?刪數據?等等)那就麻煩了

  • 因為之前A網站已經打開了,瀏覽器存有A下發的Cookie或其他用于身份認證的信息,這一次被“唆使”的請求,將會自動帶上這些信息,A網站后端分不清楚這是否是用戶真實的意愿

重點關注:前端工程師、Web后端工程師

4. DDoS攻擊

DDoS全稱Distributed Denial of Service:分布式拒絕服務攻擊。是拒絕服務攻擊的升級版。拒絕攻擊服務顧名思義,讓服務不可用。常用于攻擊對外提供服務的服務器,像常見的:

  • Web服務

  • 郵件服務

  • DNS服務

  • 即時通訊服務

  • ......

在早期互聯網技術還沒有那么發達的時候,發起DoS攻擊是一件很容易的事情:一臺性能強勁的計算機,寫個程序多線程不斷向服務器進行請求,服務器應接不暇,最終無法處理正常的請求,對別的正常用戶來說,看上去網站貌似無法訪問,拒絕服務就是這么個意思。

后來隨著技術對發展,現在的服務器早已不是一臺服務器那么簡單,你訪問一個www.baidu.com的域名,背后是數不清的CDN節點,數不清的Web服務器。

這種情況下,還想靠單臺計算機去試圖讓一個網絡服務滿載,無異于雞蛋碰石頭,對方沒趴下,自己先趴下了。

技術從來都是一柄雙刃劍,分布式技術既可以用來提供高可用的服務,也能夠被攻擊方用來進行大規模殺傷性攻擊。攻擊者不再局限于單臺計算機的攻擊能力,轉而通過成規模的網絡集群發起拒絕服務攻擊。

信息安全/黑客/網絡安全

拒絕服務攻擊實際上是一類技術,根據具體實施手段的不同,又可以進一步細分:

  • SYN Flood

  • ICMP Flood

  • UDP Flood

  • ......

防御手段:即便是到現在,面對DDoS也沒有100%打包票的防御方法,只能靠一些緩解技術一定層面上減輕攻擊的威力。這些技術包括:流量清洗、SYN Cookie等等。

重點關注:運維工程師、安全工程師

5. DNS劫持

當今互聯網流量中,以HTTP/HTTPS為主的Web服務產生的流量占據了絕大部分。Web服務發展的如火如荼,這背后離不開一個默默無聞的大功臣就是域名解析系統:

信息安全/黑客/網絡安全

如果沒有DNS,我們上網需要記憶每個網站的IP地址而不是他們的域名,這簡直是災難,好在DNS默默在背后做了這一切,我們只需要記住一個域名,剩下的交給DNS來完成吧。

也正是因為其重要性,別有用心的人自然是不會放過它,DNS劫持技術被發明了出來。

DNS提供服務用來將域名轉換成IP地址,然而在早期協議的設計中并沒有太多考慮其安全性,對于查詢方來說:

  • 我去請求的真的是一個DNS服務器嗎?是不是別人冒充的?

  • 查詢的結果有沒有被人篡改過?這個IP真是這個網站的嗎?

信息安全/黑客/網絡安全

DNS協議中沒有機制去保證能回答這些問題,因此DNS劫持現象非常泛濫,從用戶在地址欄輸入一個域名的那一刻起,一路上的兇險防不勝防:

  • 本地計算機中的木馬修改hosts文件

  • 本地計算機中的木馬修改DNS數據包中的應答

  • 網絡中的節點(如路由器)修改DNS數據包中的應答

  • 網絡中的節點(如運營商)修改DNS數據包中的應答

  • ......

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后來,為了在客戶端對收到對DNS應答進行校驗,出現了DNSSEC技術,一定程度上可以解決上面的部分問題。但限于一些方面的原因,這項技術并沒有大規模用起來,尤其在國內,鮮有部署應用。

信息安全/黑客/網絡安全

再后來,以阿里、騰訊等頭部互聯網廠商開始推出了httpDNS服務,來了一招釜底抽薪,雖然這項技術的名字中還有DNS三個字母,但實現上和原來但DNS已經是天差地別,通過這項技術讓DNS變成了在http協議之上的一個應用服務。

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6. TCP劫持

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TCP是TCP/IP協議族中非常重要的成員,位于傳輸層。協議本身并沒有對TCP傳輸的數據包進行身份驗證,所以我們只要知道一個TCP連接中的seq和ack后就可以很容易的偽造傳輸包,假裝任意一方與另一方進行通信,我們將這一過程稱為TCP會話劫持(TCP Session Hijacking)

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TCP劫持技術是一種很老的技術,1995年被提出來后深受黑客青睞。不過近些年來,隨著操作系統層面的安全機制增強和防火墻軟件的檢測能力提升,這種基礎的攻擊方式越來越容易被發現,慢慢的淡出了人們的視野。

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7. 端口掃描技術

端口掃描是黑客經常使用的一種技術,它一般是作為網絡攻擊的前期階段,用于探測目標開啟了哪些服務,以便接下來發起針對該服務的攻擊。

記得剛剛學習網絡安全的時候,大家總會沒事拿出工具來掃一掃,雖然掃了之后就沒有了下文,也總是樂此不疲,在不懂的人面前秀一把自己的“黑客”能力。

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以TCP/IP協議族構建的互聯網,網絡服務總是離不開端口這個概念,不管是TCP也好,UDP也罷,應用層都需要一個端口號來進行網絡通信。而我們常見的服務端口有:

  • 21: FTP文件傳輸服務

  • 25: SMTP郵件服務

  • 53: DNS域名解析系統服務

  • 80: HTTP超文本傳輸協議服務

  • 135: RPC遠程過程調用服務

  • 443: HTTPS

  • 3389: MSRDP微軟遠程桌面連接服務

  • ......

端口掃描都原理,對于基于UDP的服務,發送對應服務都請求包,查看是否有應答;對于基于TCP的服務,嘗試發起三次握手發送TCP SYN數據包,查看是否有應答。

如果遠端服務器進行了響應,則表明對端服務器上運行了對應的服務,接下來則是進一步探知對端服務器使用的操作系統、運行的服務器程序類型、版本等等,隨即針對對應的漏洞程序發起網絡攻擊。

由此可見,為安全著想,在互聯網上應當盡可能少暴露信息,關閉不需要的服務端口。

防御手段:使用防火墻等安全產品,即時發現和阻斷非法的掃描探測行為。

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二、系統安全

系統安全版塊中的技術,一般是指攻擊發生在終端之上,與操作系統息息相關。

1. 棧溢出攻擊

棧溢出攻擊歷史悠久,也是發生在系統側最基礎的攻擊。

現代計算機基本上都是建立在馮-諾伊曼體系之上,而這一體系有一個最大的問題就是數據和指令都保存在存儲器中。

信息安全/黑客/網絡安全

在計算機的內存中,既包含了程序運行的所有代碼指令,又包含了程序運行的輸入輸出等各種數據,并沒有一種強制的機制將指令和數據區分。因為對于計算機來說它們都是一樣的二進制0和1,大部分時候都是靠程序按照既定的“規則”去解釋理解內存中的這些0和1。而一旦這些“規則”理解錯誤,事情就變得糟糕起來。

具體到我們現代CPU和OS,不管是x86/x64處理器,還是ARM處理器,均采用了寄存器+堆棧式的設計,而這個堆棧中,既包含了程序運行各個函數棧幀中的變量數據等信息,還保存了函數調用產生的返回地址。

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所謂棧溢出攻擊,則是通過一些手段輸入到棧中的緩沖區中,沖破緩沖區原有的界限,將存儲返回地址的位置覆蓋為一個數值,使其指向攻擊者提前布置的惡意代碼位置,劫持了程序的執行流程。

防御手段:現代操作系統針對棧溢出攻擊已經有非常成熟的應對方案,像Linux平臺的Stack Canary,Windows平臺的GS機制等等,程序員需要做的就是充分利用這些機制。

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2. 整數溢出攻擊

和棧溢出攻擊一樣,整數溢出攻擊也是屬于溢出類攻擊,不一樣的是溢出的目標不是棧中的緩沖區,而是一個整數。

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我們知道,計算機數值以補碼的方式表示和存儲。在表示一個有符號數時,最高位是用來表示這是一個正數(0)還是一個負數(1),比如對于一個16位的short變量而言,+1和-1的表示方法如下:

+1: 0000 0000 0000 0001 -1: 1111 1111 1111 1111

一個16位的short變量表示的范圍是-32768~32767,現在思考一個問題,假如一個short變量的值現在是32767:

32767: 0111 1111 1111 1111

如果現在對其執行+1操作,將變成:

1000 0000 0000 0000

而這正是-32768的補碼形式!

試想一下,如果這個變量名字叫length作為strcpy參數,或是叫index作為數組的下標,整數的溢出將導致可怕的后果,輕則進程崩潰,服務宕機,重則遠程代碼執行,拿下控制權。

重點關注:所有程序員

3. 空指針攻擊

空指針一般出現在指針沒有初始化,或者使用new進行對象創建/內存分配時失敗了,而粗心的程序員并沒有檢查指針是否為空而進行訪問導致的攻擊。

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大多數情況下,這將導致內存地址訪問異常,程序會崩潰退出,造成拒絕服務的現象。

而在一些特殊的情況下,部分操作系統允許分配內存起始地址為0的內存頁面,而攻擊者如果提前在該頁面準備好攻擊代碼,則可能出現執行惡意代碼的風險。

4. 釋放后使用攻擊

釋放后使用Use After Free意為訪問一個已經釋放后的內存塊。較多的出現在針對瀏覽器的JavaScript引擎的攻擊中。

正常情況下,一個釋放后的對象我們是沒法再訪問的,但如果程序員粗心大意,在delete對象后,沒有即時對指針設置為NULL,在后續又繼續使用該指針訪問對象(比如通過對象的虛函數表指針調用虛函數),將出現內存訪問異常。

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在上面的場景中,如果攻擊者在delete對象后,馬上又new一個同樣內存大小的對象,在現代操作系統的堆內存管理算法中,會有很大概率將這個新的對象放置于剛剛被delete的對象的位置處。這個時候還通過原來對象的指針去訪問,將出現鳩占鵲巢,出現可怕的后果。

養成好的編程習慣,對象delete后,指針及時置空。

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5. HOOK

HOOK原意鉤子的意思,在計算機編程中時常用到,用來改變原有程序執行流程。

在那個互聯網充斥著流氓軟件的年代,流行著一種鍵盤記錄器的木馬,用于記錄用戶鍵盤的輸入,從而盜取密碼,這其中QQ曾經是重災區。

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而實現這一功能的技術就是用到了HOOK技術,鉤到了鍵盤敲擊的事件消息。

除了消息HOOK,用得更多的是程序執行流程層面的HOOK。惡意代碼被注入目標程序后,在函數入口處添加跳轉指令,導致執行到此處的線程轉而執行攻擊者的代碼,實現修改參數、過濾參數的目的。

HOOK技術不僅為黑客使用,安全軟件用的更多,安全軟件需要守護整個系統的安全防線,通過HOOK技術在各處敏感API處設立檢查,從而抵御非法調用攻擊行為。

另外,軟件補丁技術中也時常用到HOOK技術,軟件廠商發現原來程序漏洞后,通過HOOK,修改既有程序的執行邏輯,從而達到修復漏洞的目的。

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6. 權限提升

現代操作系統都對運行于其中的進程、線程提供了權限管理,因為安全攻擊無可避免,而權限的限制作為一道頗為有效的屏障將程序被攻擊后的影響減少到最小。

換句話說,即便我們的程序因為漏洞原因被攻擊執行了惡意代碼,但因為操作系統的權限控制,惡意代碼能干的事情也有限。

信息安全/黑客/網絡安全

就像一枚硬幣總有兩個面,有權限限制,自然而然就有權限提升。攻擊者想要做更多事情,就得突破操作系統的限制,獲取更高的權限。

在Windows上,經常叫獲得管理員權限。

在Linux上,經常叫獲得Root權限,手機Root也是這個意思。

在iOS上,經常叫“越獄”。

權限提升的方式五花八門,總體來說,程序執行的時候,所屬進程/線程擁有一個安全令牌,用以標識其安全等級,在訪問資源和執行動作的時候由操作系統內核審核。

權限提升的目標就是將這個安全令牌更改為高等級的令牌,使其在后續訪問敏感資源和執行敏感動作時,憑借該令牌可以通過系統的安全審核。

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而更改這個安全令牌的慣用伎倆便是利用操作系統內核漏洞(如前面所述的棧溢出、整數溢出、釋放后使用等)執行攻擊者的代碼,實現安全令牌的篡改。

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7. 可信計算

安全攻擊無處不在,不僅應用程序的環境不可靠,甚至連操作系統內核的環境也充滿了風險。

如果一段程序(比如支付)必須在一個極度絕密的環境下執行,該怎么辦?

信息安全/黑客/網絡安全

可信計算的概念被安全研究者提了出來,根據百科的解釋:

可信計算/可信用計算(Trusted Computing,TC)是一項由可信計算組(可信計算集群,前稱為TCPA)推動和開發的技術??尚庞嬎闶窃谟嬎愫屯ㄐ畔到y中廣泛使用基于硬件安全模塊支持下的可信計算平臺,以提高系統整體的安全性 [1] 。簽注密鑰是一個2048位的RSA公共和私有密鑰對,它在芯片出廠時隨機生成并且不能改變。這個私有密鑰永遠在芯片里,而公共密鑰用來認證及加密發送到該芯片的敏感數據。

可信計算中一個非常重要的概念是可信執行環境TEE(Trusted Execution Environment),簡單來說就是在現有的計算機內部的世界里,再構建一個秘密基地,專門用于運行極度機密的程序。該秘密基地甚至連操作系統都輕易無法訪問,更別說操作系統之上的應用程序了。

在移動端,ARM芯片占據了主流市場,ARM芯片提供了名為TrustZone技術的技術,在硬件層面新增一個可信計算環境,包含一個可信OS,和一些可信APP,和普通環境在硬件層面隔離,處理器內部進行通信完成兩個世界的交互。

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三、密碼學

由于數據傳輸的過程中會遇到信息泄漏、篡改、偽造的風險,加密技術應運而生。

1. 對稱加密 & 非對稱加密

有加密就有解密,根據加密過程使用的密鑰和解密過程使用的密鑰是否相同,將加密算法分為了兩個大類:對稱加密和非對稱加密。

最早出現的加密技術是對稱加密。

對稱加密:加密密鑰和解密密鑰一致,特點是加密速度快、加密效率高。常用的對稱加密算法有:

  • DES

  • AES

  • RC4

這種加密方式中有一個非常關鍵的問題是,解密方需要拿到密鑰才能進行解密,而密鑰鑰匙通過網絡傳輸又會面臨不安全的風險,這成了一個雞生蛋,蛋生雞的問題。

于是通信技術上一個劃時代的技術被發明了出來,這就是非對稱加密!

非對稱加密:加密密鑰與解密密鑰不一致,特點是算法較復雜,但安全性高。非對稱加密的密鑰一般分為公鑰和私鑰,公鑰公開,私鑰需保密。常用于數字認證,如HTTPS中握手階段的服務器認證。常用的非對稱加密算法有:

  • RSA

  • DH

  • ECC(橢圓曲線加密)

可以毫不夸張的說,沒有了非對稱加密,互聯網絕不會發展到今天這樣的高度。

2. 秘鑰交換技術

在互聯網通信中,有加密就有解密,解密自然就需要密鑰,那如何把這個密鑰告訴對方呢?密鑰交換算法就是要解決這個問題:如何安全的將密鑰傳輸給對方?

回頭看看上面提到的非對稱加密,它就可以解決這個問題:

  • 服務器負責生成一對公私鑰,公鑰告訴客戶端,私鑰自己保存

  • 客戶端拿到公鑰后,使用它來對后續通信將要使用的對稱加密算法密鑰進行加密傳輸

  • 服務端收到后使用私鑰解密,拿到這個密鑰

  • 以后雙方可以通過對稱加密進行傳輸通信

上面這個例子并不只是舉例,在早期版本的HTTPS中,就是通過這種方式來進行密鑰交換。而后來的版本中,另外一種叫DH及其變種的密鑰交換算法用的越來越多。

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DH全稱Diffie-Hellman,是兩位數學家的名稱構成,這種算法的核心是完全依靠數學運算實現密鑰的交換。

3. 信息摘要算法

信息摘要算法其實不算是一種加密算法,加密的前提是可以通過解密還原,而信息摘要算法的目的并不是對數據進行保護,也無法解密還原。

在一些語境下,信息摘要我們聽得少,聽的更多的名詞是哈希

信息摘要算法的目的之一是校驗數據的正確性,算法公開,數據通過該算法得出一個摘要值,收到數據后通過該算法計算出這個摘要,前后對比就知道是否有被篡改。

常用的信息摘要算法有:

  • MD5

  • SHA1

  • SHA256

4. 數據編碼技術

嚴格來說,數據編碼技術也不算是加密算法,因為其目的同樣不是為了加密,而只是為了將數據編碼以便傳輸。

信息安全/黑客/網絡安全

最常見的編碼算法就是base64了,多用于編碼二進制的數據,將不可見的字符編碼后轉換成64個常見字符組成的文本,便于打印、展示、傳輸、存儲。如郵件eml格式中,將附件文件通過base64編碼。

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除了base64,還有常用于比特幣錢包地址編碼的base58。base家族還有base85、base92、base128等眾多算法。它們的區別不僅僅在于參與編碼的字符集不同,算法執行也是各有千秋。

5. 多因子認證技術

說到認證,最常出現的莫過于登錄、支付等場景。傳統的認證技術就是密碼技術,但隨著網絡攻擊的日益猖獗以及互聯網滲透到人們生活的方方面面,傳統密碼技術的安全性不足以滿足互聯網的發展。

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多因子認證技術意為在傳統密碼認證之外,引入其他認證技術進行補充,使用2種及以上的方式共同完成認證。隨著人工智能技術的發展,基于生物特征的認證技術突飛猛進:

  • 指紋認證

  • 虹膜認證

  • 人臉識別

  • ......

這個世界從來不缺先行者,多因子認證看上去很復雜,好在已經有不少頭部企業搭建了認證平臺,對于絕大多數企業,需要做的只是下載SDK,調用API而已。

目前國內外主流的多因子認證平臺有三大派系:

  • FIDO,國際標準,在國內,翼支付、百度錢包、京東錢包、微眾銀行等都已經應用

  • IFAA,阿里系,憑借阿里在電商領域的優勢,也吸引了眾多追隨者。

  • TUSI,騰訊系

總結

本文羅列了一些常見的信息安全技術,主要分網絡安全、系統安全和密碼學三個領域展開。

信息安全技術不僅僅是安全工程師的事情,作為一位程序員,了解這些技術將幫助我們更好的Build The World!

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