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MyBatis加解密插件的示例詳解

 更新時(shí)間:2022年08月23日 09:42:47   作者:vivo互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)  
本文介紹了使用?MyBatis?插件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫字段加解密的探索過程,實(shí)際開發(fā)過程中需要注意的細(xì)節(jié)比較多,整個(gè)流程下來我對?MyBatis?的理解也加深了,對MyBatis加解密插件感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

本篇文章介紹使用MyBatis插件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫字段加解密的過程。

一、需求背景

公司出于安全合規(guī)的考慮,需要對明文存儲在數(shù)據(jù)庫中的部分字段進(jìn)行加密,防止未經(jīng)授權(quán)的訪問以及個(gè)人信息泄漏。

由于項(xiàng)目已停止迭代,改造的成本太大,因此我們選用了MyBatis插件來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫加解密,保證往數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)時(shí)能對指定字段加密,讀取數(shù)據(jù)時(shí)能對指定字段解密。

二、思路解析

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

對每個(gè)需要加密的字段新增密文字段(對業(yè)務(wù)有侵入),修改數(shù)據(jù)庫、mapper.xml以及DO對象,通過插件的方式把針對明文/密文字段的加解密進(jìn)行收口。

自定義Executor對SELECT/UPDATE/INSERT/DELETE等操作的明文字段進(jìn)行加密并設(shè)置到密文字段。

自定義插件ResultSetHandler負(fù)責(zé)針對查詢結(jié)果進(jìn)行解密,負(fù)責(zé)對SELECT等操作的密文字段進(jìn)行解密并設(shè)置到明文字段。

2.2 系統(tǒng)流程

新增加解密流程控制開關(guān),分別控制寫入時(shí)是只寫原字段/雙寫/只寫加密后的字段,以及讀取時(shí)是讀原字段還是加密后的字段。

新增歷史數(shù)據(jù)加密任務(wù),對歷史數(shù)據(jù)批量進(jìn)行加密,寫入到加密后字段。

出于安全上的考慮,流程里還會有一些校驗(yàn)/補(bǔ)償?shù)娜蝿?wù),這里不再贅述。

三、方案制定

3.1 MyBatis插件簡介

MyBatis 預(yù)留了 org.apache.ibatis.plugin.Interceptor 接口,通過實(shí)現(xiàn)該接口,我們能對MyBatis的執(zhí)行流程進(jìn)行攔截,接口的定義如下:

public interface Interceptor {
  Object intercept(Invocation invocation) throws Throwable;
  Object plugin(Object target);
  void setProperties(Properties properties);
}

其中有三個(gè)方法:

  • 【intercept】:插件執(zhí)行的具體流程,傳入的Invocation是MyBatis對被代理的方法的封裝。
  • 【plugin】:使用當(dāng)前的Interceptor創(chuàng)建代理,通常的實(shí)現(xiàn)都是 Plugin.wrap(target, this),wrap方法內(nèi)使用 jdk 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)代理對象。
  • 【setProperties】:參考下方代碼,在MyBatis配置文件中配置插件時(shí)可以設(shè)置參數(shù),在setProperties函數(shù)中調(diào)用 Properties.getProperty("param1") 方法可以得到配置的值。
<plugins>
    <plugin interceptor="com.xx.xx.xxxInterceptor">
        <property name="param1" value="value1"/>
    </plugin>
</plugins>

在實(shí)現(xiàn)intercept函數(shù)對MyBatis的執(zhí)行流程進(jìn)行攔截前,我們需要使用@Intercepts注解指定攔截的方法。

@Intercepts({ @Signature(type = Executor.class, method = "update", args = { MappedStatement.class, Object.class }),
        @Signature(type = Executor.class, method = "query", args = { MappedStatement.class, Object.class, RowBounds.class, ResultHandler.class }) })

參考上方代碼,我們可以指定需要攔截的類和方法。當(dāng)然我們不能對任意的對象做攔截,MyBatis件可攔截的類為以下四個(gè)。

Executor

StatementHandler

ParameterHandler

ResultSetHandler

回到數(shù)據(jù)庫加密的需求,我們需要從上面四個(gè)類里選擇能用來實(shí)現(xiàn)入?yún)⒓用芎统鰠⒔饷艿念?。在介紹這四個(gè)類之前,需要對MyBatis的執(zhí)行流程有一定的了解。

3.2 Spring-MyBatis執(zhí)行流程

(1)Spring通過sqlSessionFactoryBean創(chuàng)建sqlSessionFactory,在使用sqlSessionFactoryBean時(shí),我們通常會指定configLocation和mapperLocations,來告訴sqlSessionFactoryBean去哪里讀取配置文件以及去哪里讀取mapper文件。

(2)得到配置文件和mapper文件的位置后,分別調(diào)用XmlConfigBuilder.parse()和XmlMapperBuilder.parse()創(chuàng)建Configuration和MappedStatement,Configuration類顧名思義,存放的是MyBatis所有的配置,而MappedStatement類存放的是每條SQL語句的封裝,MappedStatement以map的形式存放到Configuration對象中,key為對應(yīng)方法的全路徑。

(3)Spring通過ClassPathMapperScanner掃描所有的Mapper接口,為其創(chuàng)建BeanDefinition對象,但由于他們本質(zhì)上都是沒有被實(shí)現(xiàn)的接口,所以Spring會將他們的BeanDefinition的beanClass屬性修改為MapperFactorybean。

(4)MapperFactoryBean也實(shí)現(xiàn)了FactoryBean接口,Spring在創(chuàng)建Bean時(shí)會調(diào)用FactoryBean.getObject()方法獲取Bean,最終是通過mapperProxyFactory的newInstance方法為mapper接口創(chuàng)建代理,創(chuàng)建代理的方式是JDK,最終生成的代理對象是MapperProxy。

(5)調(diào)用mapper的所有接口本質(zhì)上調(diào)用的都是MapperProxy.invoke方法,內(nèi)部調(diào)用sqlSession的insert/update/delete等各種方法。

MapperMethod.java
public Object execute(SqlSession sqlSession, Object[] args) {
  Object result;
  if (SqlCommandType.INSERT == command.getType()) {
    Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);
    result = rowCountResult(sqlSession.insert(command.getName(), param));
  } else if (SqlCommandType.UPDATE == command.getType()) {
    Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);
    result = rowCountResult(sqlSession.update(command.getName(), param));
  } else if (SqlCommandType.DELETE == command.getType()) {
    Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);
    result = rowCountResult(sqlSession.delete(command.getName(), param));
  } else if (SqlCommandType.SELECT == command.getType()) {
    if (method.returnsVoid() && method.hasResultHandler()) {
      executeWithResultHandler(sqlSession, args);
      result = null;
    } else if (method.returnsMany()) {
      result = executeForMany(sqlSession, args);
    } else if (method.returnsMap()) {
      result = executeForMap(sqlSession, args);
    } else {
      Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);
      result = sqlSession.selectOne(command.getName(), param);
    }
  } else if (SqlCommandType.FLUSH == command.getType()) {
      result = sqlSession.flushStatements();
  } else {
    throw new BindingException("Unknown execution method for: " + command.getName());
  }
  if (result == null && method.getReturnType().isPrimitive() && !method.returnsVoid()) {
    throw new BindingException("Mapper method '" + command.getName()
        + " attempted to return null from a method with a primitive return type (" + method.getReturnType() + ").");
  }
  return result;
}

(6)SqlSession可以理解為一次會話,SqlSession會從Configuration中獲取對應(yīng)MappedStatement,交給Executor執(zhí)行。

DefaultSqlSession.java
@Override
public <E> List<E> selectList(String statement, Object parameter, RowBounds rowBounds) {
  try {
    // 從configuration對象中使用被調(diào)用方法的全路徑,獲取對應(yīng)的MappedStatement
    MappedStatement ms = configuration.getMappedStatement(statement);
    return executor.query(ms, wrapCollection(parameter), rowBounds, Executor.NO_RESULT_HANDLER);
  } catch (Exception e) {
    throw ExceptionFactory.wrapException("Error querying database.  Cause: " + e, e);
  } finally {
    ErrorContext.instance().reset();
  }
}

(7)Executor會先創(chuàng)建StatementHandler,StatementHandler可以理解為是一次語句的執(zhí)行。

(8)然后Executor會獲取連接,具體獲取連接的方式取決于Datasource的實(shí)現(xiàn),可以使用連接池等方式獲取連接。

(9)之后調(diào)用StatementHandler.prepare方法,對應(yīng)到JDBC執(zhí)行流程中的Connection.prepareStatement這一步。

(10)Executor再調(diào)用StatementHandler的parameterize方法,設(shè)置參數(shù),對應(yīng)到JDBC執(zhí)行流程的StatementHandler.setXXX()設(shè)置參數(shù),內(nèi)部會創(chuàng)建ParameterHandler方法。

SimpleExecutor.java
@Override
public <E> List<E> doQuery(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, BoundSql boundSql) throws SQLException {
  Statement stmt = null;
  try {
    Configuration configuration = ms.getConfiguration();
    // 創(chuàng)建StatementHandler,對應(yīng)第7步
    StatementHandler handler = configuration.newStatementHandler(wrapper, ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);
    // 獲取連接,再調(diào)用conncetion.prepareStatement創(chuàng)建prepareStatement,設(shè)置參數(shù)
    stmt = prepareStatement(handler, ms.getStatementLog());
    // 執(zhí)行prepareStatement
    return handler.<E>query(stmt, resultHandler);
  } finally {
    closeStatement(stmt);
  }
}

(11)再由ResultSetHandler處理返回結(jié)果,處理JDBC的返回值,將其轉(zhuǎn)換為Java的對象。

3.3 MyBatis插件的創(chuàng)建時(shí)機(jī)

在Configuration類中,我們能看到newExecutor、newStatementHandler、newParameterHandler、newResultSetHandler這四個(gè)方法,插件的代理類就是在這四個(gè)方法中創(chuàng)建的,我以StatementHandeler的創(chuàng)建為例:

Configuration.java
public StatementHandler newStatementHandler(Executor executor, MappedStatement mappedStatement, Object parameterObject, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, BoundSql boundSql) {
  StatementHandler statementHandler = new RoutingStatementHandler(executor, mappedStatement, parameterObject, rowBounds, resultHandler, boundSql);
  // 使用責(zé)任鏈的形式創(chuàng)建代理
  statementHandler = (StatementHandler) interceptorChain.pluginAll(statementHandler);
  return statementHandler;
}
 
InterceptorChain.java
public Object pluginAll(Object target) {
  for (Interceptor interceptor : interceptors) {
    target = interceptor.plugin(target);
  }
  return target;
}

interceptor.plugin對應(yīng)到我們自己實(shí)現(xiàn)的interceptor里的方法,通常的實(shí)現(xiàn)是 Plugin.wrap(target, this); ,該方法內(nèi)部創(chuàng)建代理的方式為JDK。

3.4 MyBatis插件可攔截類選擇

Mybatis本質(zhì)上是對JDBC執(zhí)行流程的封裝。結(jié)合上圖我們簡要概括下Mybatis這幾個(gè)可被代理類的職能。

  • 【Executor】: 真正執(zhí)行SQL語句的對象,調(diào)用sqlSession的方法時(shí),本質(zhì)上都是調(diào)用executor的方法,還負(fù)責(zé)獲取connection,創(chuàng)建StatementHandler。
  • 【StatementHandler】: 創(chuàng)建并持有ParameterHandler和ResultSetHandler對象,操作JDBC的statement與進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作。
  • 【ParameterHandler】: 處理入?yún)?,將Java方法上的參數(shù)設(shè)置到被執(zhí)行語句中。
  • 【ResultSetHandler】: 處理SQL語句的執(zhí)行結(jié)果,將返回值轉(zhuǎn)換為Java對象。

對于入?yún)⒌募用埽覀冃枰赑arameterHandler調(diào)用prepareStatement.setXXX()方法設(shè)置參數(shù)前,將參數(shù)值修改為加密后的參數(shù),這樣一看好像攔截Executor/StatementHandler/ParameterHandler都可以。

但實(shí)際上呢?由于我們的并不是在原始字段上做加密,而是新增了一個(gè)加密后字段,這會帶來什么問題?請看下面這條mapper.xml文件中加了加密后字段的動(dòng)態(tài)SQL:

<select id="selectUserList" resultMap="BaseResultMap" parameterType="com.xxx.internet.demo.entity.UserInfo">
        SELECT
        *
        FROM
        `t_user_info`
        <where>
            <if test="phone != null">
                `phone` = #{phone}
            </if>
<!--            明文字段-->
            <if test="secret != null">
                AND `secret` = #{secret}
            </if>
<!--            加密后字段-->
            <if test="secretCiper != null">
                AND `secret_ciper` = #{secretCiper}
            </if>
            <if test="name">
                AND `name` = #{name}
            </if>
        </where>
        ORDER BY `update_time` DESC
    </select>

可以看到這條語句帶了動(dòng)態(tài)標(biāo)簽,那肯定不能直接交給JDBC創(chuàng)建prepareStatement,需要先將其解析成靜態(tài)SQL,而這一步是在Executor在調(diào)用StatementHandler.parameterize()前做的,由MappedStatementHandler.getBoundSql(Object parameterObject)函數(shù)解析動(dòng)態(tài)標(biāo)簽,生成靜態(tài)SQL語句,這里的parameterObject我們可以暫時(shí)先將其看成一個(gè)Map,鍵值分別為參數(shù)名和參數(shù)值。

那么我們來看下用StatementHandler和ParameterHandler做參數(shù)加密會有什么問題,在執(zhí)行MappedStatementHandler.getBoundSql時(shí),parameterObject中并沒有寫入加密后的參數(shù),在判斷標(biāo)簽時(shí)必定為否,最后生成的靜態(tài)SQL必然不包含加密后的字段,后續(xù)不管我們在StatementHandler和ParameterHandler中怎么處理parameterObject,都無法實(shí)現(xiàn)入?yún)⒌募用堋?/p>

因此,在入?yún)⒌募用苌衔覀冎荒苓x擇攔截Executor的update和query方法。

那么返回值的解密呢?參考流程圖,我們能對ResultSetHandler和Executor做攔截,事實(shí)也確實(shí)如此,在處理返回值這一點(diǎn)上,這兩者是等價(jià)的,ResultSetHandler.handleResultSet()的返回值直接透傳給Executor,再由Executor透傳給SqlSession,所以兩者任選其一就可以。

四、方案實(shí)施

在知道需要攔截的對象后,就可以開始實(shí)現(xiàn)加解密插件了。首先定義一個(gè)方法維度的注解。

/**
 * 通過注解來表明,我們需要對那個(gè)字段進(jìn)行加密
 */
@Target({ ElementType.METHOD })
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Inherited
@Documented
public @interface TEncrypt {
    /**
     * 加密時(shí)從srcKey到destKey
     * @return
     */
    String[] srcKey() default {};
 
    /**
     * 解密時(shí)從destKey到srcKey
     * @return
     */
    String[] destKey() default {};
}

將該注解打在需要加解密的DAO層方法上。

UserMapper.java
public interface UserMapper {
    @TEncrypt(srcKey = {"secret"}, destKey = {"secretCiper"})
    List<UserInfo> selectUserList(UserInfo userInfo);
    }

修改xxxMapper.xml文件

<mapper namespace="com.xxx.internet.demo.mapper.UserMapper">
    <resultMap id="BaseResultMap" type="com.xxx.internet.demo.entity.UserInfo">
        <id column="id" jdbcType="BIGINT" property="id" />
        <id column="phone" jdbcType="VARCHAR" property="phone"/>
        <id column="secret" jdbcType="VARCHAR" property="secret"/>
<!--        加密后映射-->
        <id column="secret_ciper" jdbcType="VARCHAR" property="secretCiper"/>
        <id column="name" jdbcType="VARCHAR" property="name" />
    </resultMap>
 
    <select id="selectUserList" resultMap="BaseResultMap" parameterType="com.xxx.internet.demo.entity.UserInfo">
        SELECT
        *
        FROM
        `t_user_info`
        <where>
            <if test="phone != null">
                `phone` = #{phone}
            </if>
<!--            明文字段-->
            <if test="secret != null">
                AND `secret` = #{secret}
            </if>
<!--            加密后字段-->
            <if test="secretCiper != null">
                AND `secret_ciper` = #{secretCiper}
            </if>
            <if test="name">
                AND `name` = #{name}
            </if>
        </where>
        ORDER BY `update_time` DESCv
    </select>
</mapper>

做完上面的修改,我們就可以編寫加密插件了

@Intercepts({ @Signature(type = Executor.class, method = "update", args = { MappedStatement.class, Object.class }),
        @Signature(type = Executor.class, method = "query", args = { MappedStatement.class, Object.class, RowBounds.class, ResultHandler.class }) })
public class ExecutorEncryptInterceptor implements Interceptor {
    private static final ObjectFactory        DEFAULT_OBJECT_FACTORY         = new DefaultObjectFactory();
 
    private static final ObjectWrapperFactory DEFAULT_OBJECT_WRAPPER_FACTORY = new DefaultObjectWrapperFactory();
 
    private static final ReflectorFactory     REFLECTOR_FACTORY              = new DefaultReflectorFactory();
 
    private static final List<String>         COLLECTION_NAME  = Arrays.asList("list");
 
    private static final String               COUNT_SUFFIX                   = "_COUNT";
 
    @Override
    public Object intercept(Invocation invocation) throws Throwable {
 
        // 獲取攔截器攔截的設(shè)置參數(shù)對象DefaultParameterHandler
        final Object[] args = invocation.getArgs();
        MappedStatement mappedStatement = (MappedStatement) args[0];
        Object parameterObject = args[1];
 
        // id字段對應(yīng)執(zhí)行的SQL的方法的全路徑,包含類名和方法名
        String id = mappedStatement.getId();
        String className = id.substring(0, id.lastIndexOf("."));
        String methodName = id.substring(id.lastIndexOf(".") + 1);
 
        // 分頁插件會生成一個(gè)count語句,這個(gè)語句的參數(shù)也要做處理
        if (methodName.endsWith(COUNT_SUFFIX)) {
            methodName = methodName.substring(0, methodName.lastIndexOf(COUNT_SUFFIX));
        }
 
        // 動(dòng)態(tài)加載類并獲取類中的方法
        final Method[] methods = Class.forName(className).getMethods();
 
        // 遍歷類的所有方法并找到此次調(diào)用的方法
        for (Method method : methods) {
            if (method.getName().equalsIgnoreCase(methodName) && method.isAnnotationPresent(TEncrypt.class)) {
 
                // 獲取方法上的注解以及注解對應(yīng)的參數(shù)
                TEncrypt paramAnnotation = method.getAnnotation(TEncrypt.class);
 
                // 支持加密的操作,這里只修改參數(shù)
                if (parameterObject instanceof Map) {
                    List<String> paramAnnotations = findParams(method);
                    parameterMapHandler((Map) parameterObject, paramAnnotation, mappedStatement.getSqlCommandType(), paramAnnotations);
                } else {
                    encryptParam(parameterObject, paramAnnotation, mappedStatement.getSqlCommandType());
                }
            }
        }
 
        return invocation.proceed();
    }
}

加密的主體流程如下:

  1. 判斷本次調(diào)用的方法上是否注解了@TEncrypt。
  2. 獲取注解以及在注解上配置的參數(shù)。
  3. 遍歷parameterObject,找到需要加密的字段。
  4. 調(diào)用加密方法,得到加密后的值。
  5. 將加密后的字段和值寫入parameterObject。

難點(diǎn)主要在parameterObject的解析,到了Executor這一層,parameterObject已經(jīng)不再是簡單的Object[],而是由MapperMethod.convertArgsToSqlCommandParam(Object[] args)方法創(chuàng)建的一個(gè)對象,既然要對這個(gè)對象做處理,我們肯定得先知道它的創(chuàng)建過程。

參考上圖parameterObject的創(chuàng)建過程,加密插件對parameterObject的處理本質(zhì)上是一個(gè)逆向的過程。如果是list,我們就遍歷list里的每一個(gè)值,如果是map,我們就遍歷map里的每一個(gè)值。

得到需要處理的Object后,再遍歷Object里的每個(gè)屬性,判斷是否在@TEncrypt注解的srcKeys參數(shù)中,如果是,則加密再設(shè)置到Object中。

解密插件的邏輯和加密插件基本一致,這里不再贅述。

五、問題挑戰(zhàn)

5.1 分頁插件自動(dòng)生成count語句

業(yè)務(wù)代碼里很多地方都用了 com.github.pagehelper 進(jìn)行物理分頁,參考下面的demo,在使用PageRowBounds時(shí),pagehelper插件會幫我們獲取符合條件的數(shù)據(jù)總數(shù)并設(shè)置到rowBounds對象的total屬性中。

PageRowBounds rowBounds = new PageRowBounds(0, 10);
List<User> list = userMapper.selectIf(1, rowBounds);
long total = rowBounds.getTotal();

那么問題來了,表面上看,我們只執(zhí)行了userMapper.selectIf(1, rowBounds)這一條語句,而pagehelper是通過改寫SQL增加limit、offset實(shí)現(xiàn)的物理分頁,在整個(gè)語句的執(zhí)行過程中沒有從數(shù)據(jù)庫里把所有符合條件的數(shù)據(jù)讀出來,那么pagehelper是怎么得到數(shù)據(jù)的總數(shù)的呢?

答案是pagehelper會再執(zhí)行一條count語句。先不說額外一條執(zhí)行count語句的原理,我們先看看加了一條count語句會導(dǎo)致什么問題。

參考之前的selectUserList接口,假設(shè)我們想選擇secret為某個(gè)值的數(shù)據(jù),那么經(jīng)過加密插件的處理后最終執(zhí)行的大致是這樣一條語句 "select * from t_user_info where secret_ciper = ? order by update_time limit ?, ?"。

但由于pagehelper還會再執(zhí)行一條語句,而由于該語句并沒有 @TEncrypt 注解,所以是不會被加密插件攔截的,最終執(zhí)行的count語句是類似這樣的: "select count(*) from t_user_info where secret = ? order by update_time"。

可以明顯的看到第一條語句是使用secret_ciper作為查詢條件,而count語句是使用secret作為查詢條件,會導(dǎo)致最終得到的數(shù)據(jù)總量和實(shí)際的數(shù)據(jù)總量不一致。

因此我們在加密插件的代碼里對count語句做了特殊處理,由于pagehelper新增的count語句對應(yīng)的mappedStatement的id固定以"_COUNT"結(jié)尾,而這個(gè)id就是對應(yīng)的mapper里的方法的全路徑,舉例來說原始語句的id是"com.xxx.internet.demo.entity.UserInfo.selectUserList",那么count語句的id就是"com.xxx.internet.demo.entity.UserInfo.selectUserList_COUNT",去掉"_COUNT"后我們再判斷對應(yīng)的方法上有沒有注解就可以了。

六、總結(jié)

本文介紹了使用 MyBatis 插件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫字段加解密的探索過程,實(shí)際開發(fā)過程中需要注意的細(xì)節(jié)比較多,整個(gè)流程下來我對 MyBatis 的理解也加深了??偟膩碚f,這個(gè)方案比較輕量,雖然對業(yè)務(wù)代碼有侵入,但能把影響面控制到最小。

到此這篇關(guān)于MyBatis加解密插件的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MyBatis加解密內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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    2021-07-07
  • Java實(shí)現(xiàn)在線預(yù)覽的示例代碼(openOffice實(shí)現(xiàn))

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    2017-11-11
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    2024-01-01
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    2020-06-06
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    2022-01-01
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    2020-07-07
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    2023-12-12
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    2020-03-03
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    2023-03-03
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    2023-08-08

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