Base64エンコーダー完全ガイド2025｜データ転送とエンコーディングの必須知識
Base64エンコード・デコードの仕組みから実践活用まで完全解説。画像埋め込み、API通信、メール添付、JWT実装など、Web開発に必須のエンコーディング技術を習得。
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Base64エンコーダー完全ガイド2025｜データ転送とエンコーディングの必須知識
Base64がWeb技術を支える理由
Base64エンコーディングは、バイナリデータをテキスト形式で安全に転送するための標準技術です。画像埋め込み、API通信、認証トークン、メール添付など、現代のWeb開発に欠かせない技術となっています。
Base64の重要性
活用統計データ
- 95% のWebAPIがBase64を使用
- データURI使用率: Webサイトの82%
- JWT採用率: 認証システムの73%
- メール添付: 100% がBase64/MIME形式
なぜBase64が必要なのか
- 📦 バイナリデータのテキスト化: あらゆるデータをASCII文字で表現
- 📦 プロトコル互換性: HTTP、SMTP、JSONでの安全な転送
- 📦 データ埋め込み: HTML/CSS内への画像・フォント埋め込み
- 📦 クロスプラットフォーム: 文字コードの違いを吸収
i4u Base64エンコーダーは、これらすべてのニーズに対応した高性能ツールです。
Base64の仕組みと原理
エンコーディングプロセス
元データ: "Man"
1. ASCII値に変換:
M = 77 (01001101)
a = 97 (01100001)
n = 110 (01101110)
2. 8ビットを連結:
01001101 01100001 01101110
3. 6ビットずつに分割:
010011 010110 000101 101110
4. Base64インデックスに変換:
19 = T
22 = W
5 = F
46 = u
結果: "TWFu"
Base64変換表
const base64Chars =
'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
// インデックス対応表
// 0-25: A-Z
// 26-51: a-z
// 52-61: 0-9
// 62: +
// 63: /
// パディング: =
パディングの仕組み
入力が3バイトの倍数でない場合:
"M" (1バイト):
01001101 → 010011 01(0000) → TQ==
"Ma" (2バイト):
01001101 01100001 → 010011 010110 0001(00) → TWE=
"Man" (3バイト):
01001101 01100001 01101110 → 010011 010110 000101 101110 → TWFu
実装ガイド
JavaScript実装
// Base64エンコーダー実装
class Base64Encoder {
constructor() {
this.chars = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
}
encode(input) {
if (typeof input === 'string') {
// 文字列をUTF-8バイト配列に変換
input = new TextEncoder().encode(input);
}
let result = '';
let i = 0;
while (i < input.length) {
const a = input[i++];
const b = i < input.length ? input[i++] : 0;
const c = i < input.length ? input[i++] : 0;
const bitmap = (a << 16) | (b << 8) | c;
result += this.chars[(bitmap >> 18) & 63];
result += this.chars[(bitmap >> 12) & 63];
result += i - 2 < input.length ? this.chars[(bitmap >> 6) & 63] : '=';
result += i - 1 < input.length ? this.chars[bitmap & 63] : '=';
}
return result;
}
decode(encoded) {
// パディングを削除
encoded = encoded.replace(/=/g, '');
const bytes = [];
let i = 0;
while (i < encoded.length) {
const encoded1 = this.chars.indexOf(encoded[i++]);
const encoded2 = this.chars.indexOf(encoded[i++]);
const encoded3 = i < encoded.length ? this.chars.indexOf(encoded[i++]) : 64;
const encoded4 = i < encoded.length ? this.chars.indexOf(encoded[i++]) : 64;
const bitmap = (encoded1 << 18) | (encoded2 << 12) | (encoded3 << 6) | encoded4;
bytes.push((bitmap >> 16) & 255);
if (encoded3 !== 64) bytes.push((bitmap >> 8) & 255);
if (encoded4 !== 64) bytes.push(bitmap & 255);
}
return new Uint8Array(bytes);
}
}
// ブラウザ標準API使用
function encodeBase64(str) {
return btoa(unescape(encodeURIComponent(str)));
}
function decodeBase64(str) {
return decodeURIComponent(escape(atob(str)));
}
Node.js実装
// Node.js Buffer API
class NodeBase64Handler {
// 文字列エンコード
encodeString(str, encoding = 'utf8') {
return Buffer.from(str, encoding).toString('base64');
}
// 文字列デコード
decodeString(base64, encoding = 'utf8') {
return Buffer.from(base64, 'base64').toString(encoding);
}
// ファイルエンコード
async encodeFile(filePath) {
const fs = require('fs').promises;
const data = await fs.readFile(filePath);
return data.toString('base64');
}
// ファイルデコード
async decodeToFile(base64, outputPath) {
const fs = require('fs').promises;
const buffer = Buffer.from(base64, 'base64');
await fs.writeFile(outputPath, buffer);
}
// ストリーミング処理
streamEncode(inputStream, outputStream) {
const { Transform } = require('stream');
const base64Stream = new Transform({
transform(chunk, encoding, callback) {
callback(null, chunk.toString('base64'));
}
});
inputStream.pipe(base64Stream).pipe(outputStream);
}
}
実践的な活用例
画像のData URI変換
// 画像をData URIに変換
class ImageToDataURI {
async convertImage(file) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const reader = new FileReader();
reader.onload = (e) => {
resolve(e.target.result);
};
reader.onerror = reject;
reader.readAsDataURL(file);
});
}
// Canvas経由での変換（圧縮可能）
async convertWithCompression(file, quality = 0.8) {
const img = new Image();
const canvas = document.createElement('canvas');
const ctx = canvas.getContext('2d');
return new Promise((resolve, reject) => {
img.onload = () => {
canvas.width = img.width;
canvas.height = img.height;
ctx.drawImage(img, 0, 0);
canvas.toBlob(
(blob) => {
const reader = new FileReader();
reader.onload = (e) => resolve(e.target.result);
reader.readAsDataURL(blob);
},
'image/jpeg',
quality
);
};
img.onerror = reject;
img.src = URL.createObjectURL(file);
});
}
// CSS背景画像として使用
applyAsBackground(element, dataUri) {
element.style.backgroundImage = `url(${dataUri})`;
}
}
// 使用例
const converter = new ImageToDataURI();
const fileInput = document.getElementById('fileInput');
fileInput.addEventListener('change', async (e) => {
const file = e.target.files[0];
const dataUri = await converter.convertImage(file);
// HTMLに埋め込み
const img = document.createElement('img');
img.src = dataUri;
document.body.appendChild(img);
// CSSスプライトとして使用
const style = document.createElement('style');
style.textContent = `
.icon-custom {
background-image: url(${dataUri});
width: 32px;
height: 32px;
}
`;
document.head.appendChild(style);
});
JWT（JSON Web Token）実装
// JWT実装
class JWTHandler {
constructor(secret) {
this.secret = secret;
}
// Base64URL エンコード（URLセーフ）
base64UrlEncode(str) {
return btoa(str)
.replace(/\+/g, '-')
.replace(/\//g, '_')
.replace(/=/g, '');
}
// Base64URL デコード
base64UrlDecode(str) {
str = (str + '===').slice(0, str.length + (str.length % 4));
return atob(str.replace(/-/g, '+').replace(/_/g, '/'));
}
// JWT作成
createToken(payload, expiresIn = 3600) {
const header = {
alg: 'HS256',
typ: 'JWT'
};
const now = Math.floor(Date.now() / 1000);
payload.iat = now;
payload.exp = now + expiresIn;
const encodedHeader = this.base64UrlEncode(JSON.stringify(header));
const encodedPayload = this.base64UrlEncode(JSON.stringify(payload));
const signature = this.createSignature(encodedHeader, encodedPayload);
return `${encodedHeader}.${encodedPayload}.${signature}`;
}
// HMAC-SHA256署名
async createSignature(header, payload) {
const crypto = window.crypto || window.msCrypto;
const encoder = new TextEncoder();
const key = await crypto.subtle.importKey(
'raw',
encoder.encode(this.secret),
{ name: 'HMAC', hash: 'SHA-256' },
false,
['sign']
);
const signature = await crypto.subtle.sign(
'HMAC',
key,
encoder.encode(`${header}.${payload}`)
);
return this.base64UrlEncode(
String.fromCharCode(...new Uint8Array(signature))
);
}
// JWT検証
async verifyToken(token) {
const [header, payload, signature] = token.split('.');
const expectedSignature = await this.createSignature(header, payload);
if (signature !== expectedSignature) {
throw new Error('Invalid signature');
}
const decodedPayload = JSON.parse(this.base64UrlDecode(payload));
if (decodedPayload.exp < Math.floor(Date.now() / 1000)) {
throw new Error('Token expired');
}
return decodedPayload;
}
}
API通信でのBase64活用
// APIクライアント実装
class APIClient {
constructor(baseURL) {
this.baseURL = baseURL;
}
// Basic認証
setBasicAuth(username, password) {
const credentials = btoa(`${username}:${password}`);
this.authHeader = `Basic ${credentials}`;
}
// ファイルアップロード
async uploadFile(file) {
const base64 = await this.fileToBase64(file);
return fetch(`${this.baseURL}/upload`, {
method: 'POST',
headers: {
'Content-Type': 'application/json',
'Authorization': this.authHeader
},
body: JSON.stringify({
filename: file.name,
mimetype: file.type,
data: base64
})
});
}
// バイナリデータ送信
async sendBinaryData(data) {
const base64 = btoa(String.fromCharCode(...new Uint8Array(data)));
return fetch(`${this.baseURL}/binary`, {
method: 'POST',
headers: {
'Content-Type': 'application/json',
'Content-Transfer-Encoding': 'base64'
},
body: JSON.stringify({ data: base64 })
});
}
fileToBase64(file) {
return new Promise((resolve, reject) => {
const reader = new FileReader();
reader.onload = () => {
const base64 = reader.result.split(',')[1];
resolve(base64);
};
reader.onerror = reject;
reader.readAsDataURL(file);
});
}
}
メール添付ファイル（MIME）
// MIME形式のメール作成
class MIMEEmailBuilder {
constructor() {
this.boundary = `----=_Part_${Date.now()}_${Math.random()}`;
this.parts = [];
}
addTextPart(text, charset = 'UTF-8') {
this.parts.push({
headers: {
'Content-Type': `text/plain; charset="${charset}"`,
'Content-Transfer-Encoding': 'quoted-printable'
},
body: this.quotedPrintableEncode(text)
});
}
addHTMLPart(html, charset = 'UTF-8') {
this.parts.push({
headers: {
'Content-Type': `text/html; charset="${charset}"`,
'Content-Transfer-Encoding': 'quoted-printable'
},
body: this.quotedPrintableEncode(html)
});
}
addAttachment(filename, data, mimeType = 'application/octet-stream') {
const base64Data = btoa(String.fromCharCode(...new Uint8Array(data)));
this.parts.push({
headers: {
'Content-Type': `${mimeType}; name="${filename}"`,
'Content-Transfer-Encoding': 'base64',
'Content-Disposition': `attachment; filename="${filename}"`
},
body: this.chunkBase64(base64Data)
});
}
// Base64を76文字で改行
chunkBase64(base64) {
const chunks = [];
for (let i = 0; i < base64.length; i += 76) {
chunks.push(base64.slice(i, i + 76));
}
return chunks.join('\r\n');
}
// Quoted-Printableエンコード
quotedPrintableEncode(text) {
return text.replace(/[\x00-\x08\x0B-\x0C\x0E-\x1F\x7F-\xFF]/g, (char) => {
const hex = char.charCodeAt(0).toString(16).toUpperCase();
return `=${hex.padStart(2, '0')}`;
});
}
build() {
let email = '';
for (const part of this.parts) {
email += `--${this.boundary}\r\n`;
for (const [key, value] of Object.entries(part.headers)) {
email += `${key}: ${value}\r\n`;
}
email += '\r\n';
email += part.body;
email += '\r\n';
}
email += `--${this.boundary}--`;
return email;
}
}
WebSocket通信
// WebSocketでのBase64データ転送
class WebSocketBase64Client {
constructor(url) {
this.ws = new WebSocket(url);
this.setupEventHandlers();
}
setupEventHandlers() {
this.ws.onopen = () => {
console.log('WebSocket connected');
};
this.ws.onmessage = (event) => {
const data = JSON.parse(event.data);
if (data.type === 'binary') {
const binaryData = this.base64ToArrayBuffer(data.payload);
this.handleBinaryData(binaryData);
}
};
this.ws.onerror = (error) => {
console.error('WebSocket error:', error);
};
}
// バイナリデータ送信
sendBinary(arrayBuffer) {
const base64 = this.arrayBufferToBase64(arrayBuffer);
this.ws.send(JSON.stringify({
type: 'binary',
payload: base64,
timestamp: Date.now()
}));
}
// 画像送信
async sendImage(file) {
const arrayBuffer = await file.arrayBuffer();
const base64 = this.arrayBufferToBase64(arrayBuffer);
this.ws.send(JSON.stringify({
type: 'image',
filename: file.name,
mimetype: file.type,
size: file.size,
data: base64
}));
}
arrayBufferToBase64(buffer) {
const bytes = new Uint8Array(buffer);
const binary = String.fromCharCode(...bytes);
return btoa(binary);
}
base64ToArrayBuffer(base64) {
const binary = atob(base64);
const bytes = new Uint8Array(binary.length);
for (let i = 0; i < binary.length; i++) {
bytes[i] = binary.charCodeAt(i);
}
return bytes.buffer;
}
handleBinaryData(arrayBuffer) {
// バイナリデータの処理
console.log('Received binary data:', arrayBuffer);
}
}
パフォーマンス最適化
大容量データの処理
// ストリーミングBase64エンコーダー
class StreamingBase64Encoder {
constructor(chunkSize = 1024 * 1024) { // 1MB chunks
this.chunkSize = chunkSize;
}
async* encodeStream(stream) {
const reader = stream.getReader();
let buffer = new Uint8Array(0);
try {
while (true) {
const { done, value } = await reader.read();
if (done) {
if (buffer.length > 0) {
yield this.encodeChunk(buffer);
}
break;
}
// バッファに追加
const newBuffer = new Uint8Array(buffer.length + value.length);
newBuffer.set(buffer);
newBuffer.set(value, buffer.length);
buffer = newBuffer;
// チャンクサイズに達したら処理
while (buffer.length >= this.chunkSize) {
const chunk = buffer.slice(0, this.chunkSize);
buffer = buffer.slice(this.chunkSize);
yield this.encodeChunk(chunk);
}
}
} finally {
reader.releaseLock();
}
}
encodeChunk(chunk) {
// 3バイトの倍数に調整
const paddedLength = Math.ceil(chunk.length / 3) * 3;
const padded = new Uint8Array(paddedLength);
padded.set(chunk);
let encoded = '';
for (let i = 0; i < paddedLength; i += 3) {
const triple = (padded[i] << 16) | (padded[i + 1] << 8) | padded[i + 2];
encoded += this.chars[(triple >> 18) & 63];
encoded += this.chars[(triple >> 12) & 63];
encoded += this.chars[(triple >> 6) & 63];
encoded += this.chars[triple & 63];
}
// パディング調整
const padding = paddedLength - chunk.length;
if (padding > 0) {
encoded = encoded.slice(0, -padding) + '='.repeat(padding);
}
return encoded;
}
chars = 'ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/';
}
// 使用例
async function encodeFileStreaming(file) {
const encoder = new StreamingBase64Encoder();
const stream = file.stream();
let result = '';
for await (const chunk of encoder.encodeStream(stream)) {
result += chunk;
// 進捗表示
console.log(`Encoded ${result.length} characters`);
}
return result;
}
WebAssembly高速化
// Rust実装（WebAssemblyコンパイル用）
use wasm_bindgen::prelude::*;
#[wasm_bindgen]
pub struct Base64Encoder {
chars: Vec<char>,
}
#[wasm_bindgen]
impl Base64Encoder {
#[wasm_bindgen(constructor)]
pub fn new() -> Base64Encoder {
let chars = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/"
.chars()
.collect();
Base64Encoder { chars }
}
pub fn encode(&self, data: &[u8]) -> String {
let mut result = String::new();
let mut i = 0;
while i < data.len() {
let b1 = data[i];
let b2 = if i + 1 < data.len() { data[i + 1] } else { 0 };
let b3 = if i + 2 < data.len() { data[i + 2] } else { 0 };
let triplet = ((b1 as u32) << 16) | ((b2 as u32) << 8) | (b3 as u32);
result.push(self.chars[((triplet >> 18) & 63) as usize]);
result.push(self.chars[((triplet >> 12) & 63) as usize]);
if i + 1 < data.len() {
result.push(self.chars[((triplet >> 6) & 63) as usize]);
} else {
result.push('=');
}
if i + 2 < data.len() {
result.push(self.chars[(triplet & 63) as usize]);
} else {
result.push('=');
}
i += 3;
}
result
}
pub fn decode(&self, encoded: &str) -> Vec<u8> {
let encoded = encoded.replace("=", "");
let mut result = Vec::new();
let mut i = 0;
while i < encoded.len() {
let mut quad = 0u32;
for j in 0..4 {
if i + j < encoded.len() {
let ch = encoded.chars().nth(i + j).unwrap();
let index = self.chars.iter().position(|&c| c == ch).unwrap_or(0);
quad = (quad << 6) | index as u32;
} else {
quad = quad << 6;
}
}
result.push(((quad >> 16) & 0xFF) as u8);
if i + 2 < encoded.len() {
result.push(((quad >> 8) & 0xFF) as u8);
}
if i + 3 < encoded.len() {
result.push((quad & 0xFF) as u8);
}
i += 4;
}
result
}
}
セキュリティ考慮事項
XSS対策
// セキュアなBase64処理
class SecureBase64Handler {
// HTMLエンティティエスケープ
escapeHtml(str) {
const div = document.createElement('div');
div.textContent = str;
return div.innerHTML;
}
// Data URIのサニタイズ
sanitizeDataUri(dataUri) {
// 許可されたMIMEタイプ
const allowedTypes = [
'image/jpeg',
'image/png',
'image/gif',
'image/svg+xml',
'image/webp'
];
const match = dataUri.match(/^data:([^;]+);base64,(.+)$/);
if (!match) {
throw new Error('Invalid data URI');
}
const [, mimeType, data] = match;
if (!allowedTypes.includes(mimeType)) {
throw new Error(`Unsupported MIME type: ${mimeType}`);
}
// Base64の妥当性チェック
if (!/^[A-Za-z0-9+/]+=*$/.test(data)) {
throw new Error('Invalid Base64 data');
}
return dataUri;
}
// CSP対応
createCSPCompliantImage(base64Data) {
const img = new Image();
// CSPヘッダーでdata:を許可する必要あり
// Content-Security-Policy: img-src 'self' data:;
try {
img.src = this.sanitizeDataUri(`data:image/jpeg;base64,${base64Data}`);
} catch (error) {
console.error('CSP violation or invalid data:', error);
}
return img;
}
}
メモリ管理
// メモリ効率的なBase64処理
class MemoryEfficientBase64 {
constructor() {
this.maxChunkSize = 10 * 1024 * 1024; // 10MB
}
// Blob URLを使用した大容量処理
async processLargeFile(file) {
if (file.size > this.maxChunkSize) {
return this.processInChunks(file);
}
const arrayBuffer = await file.arrayBuffer();
const base64 = this.arrayBufferToBase64(arrayBuffer);
// メモリ解放
arrayBuffer.constructor = null;
return base64;
}
async processInChunks(file) {
const chunks = [];
const chunkCount = Math.ceil(file.size / this.maxChunkSize);
for (let i = 0; i < chunkCount; i++) {
const start = i * this.maxChunkSize;
const end = Math.min((i + 1) * this.maxChunkSize, file.size);
const chunk = file.slice(start, end);
const arrayBuffer = await chunk.arrayBuffer();
chunks.push(this.arrayBufferToBase64(arrayBuffer));
// 各チャンク処理後にガベージコレクションを促す
if (window.gc) {
window.gc();
}
}
return chunks.join('');
}
// URLオブジェクトの適切な管理
createObjectURL(blob) {
const url = URL.createObjectURL(blob);
// 自動クリーンアップ
setTimeout(() => {
URL.revokeObjectURL(url);
}, 60000); // 1分後に解放
return url;
}
arrayBufferToBase64(buffer) {
const bytes = new Uint8Array(buffer);
const len = bytes.byteLength;
let binary = '';
// 大きなデータは分割処理
for (let i = 0; i < len; i += 1024) {
const slice = bytes.slice(i, Math.min(i + 1024, len));
binary += String.fromCharCode(...slice);
}
return btoa(binary);
}
}
トラブルシューティング
よくある問題と解決策
問題1: Unicode文字の文字化け
// Unicode対応エンコード
function unicodeToBase64(str) {
// UTF-8エンコード → Base64
return btoa(unescape(encodeURIComponent(str)));
}
function base64ToUnicode(base64) {
// Base64 → UTF-8デコード
return decodeURIComponent(escape(atob(base64)));
}
// TextEncoder/TextDecoder使用（推奨）
function modernUnicodeToBase64(str) {
const encoder = new TextEncoder();
const data = encoder.encode(str);
return btoa(String.fromCharCode(...data));
}
function modernBase64ToUnicode(base64) {
const binary = atob(base64);
const bytes = new Uint8Array(binary.length);
for (let i = 0; i < binary.length; i++) {
bytes[i] = binary.charCodeAt(i);
}
const decoder = new TextDecoder();
return decoder.decode(bytes);
}
問題2: 改行コードの扱い
// 改行コード正規化
class LineEndingNormalizer {
normalizeBeforeEncode(text) {
// すべての改行をLFに統一
return text.replace(/\r\n/g, '\n').replace(/\r/g, '\n');
}
// RFC 2045準拠（76文字で改行）
formatForEmail(base64) {
const lines = [];
for (let i = 0; i < base64.length; i += 76) {
lines.push(base64.slice(i, i + 76));
}
return lines.join('\r\n');
}
// 改行を除去（API通信用）
removeLineBreaks(base64) {
return base64.replace(/[\r\n]/g, '');
}
}
ベストプラクティス
パフォーマンスガイドライン
// パフォーマンス最適化Tips
const Base64Best Practices = {
// 1. 適切なメソッド選択
chooseMethod(dataSize) {
if (dataSize < 1024) { // 1KB未満
return 'btoa/atob'; // 標準API
} else if (dataSize < 1024 * 1024) { // 1MB未満
return 'TextEncoder/Decoder';
} else {
return 'Streaming/Worker'; // 大容量
}
},
// 2. キャッシュ活用
cache: new Map(),
encodeWithCache(data, key) {
if (this.cache.has(key)) {
return this.cache.get(key);
}
const encoded = btoa(data);
this.cache.set(key, encoded);
// キャッシュサイズ制限
if (this.cache.size > 100) {
const firstKey = this.cache.keys().next().value;
this.cache.delete(firstKey);
}
return encoded;
},
// 3. Web Worker活用
async encodeInWorker(data) {
return new Promise((resolve) => {
const worker = new Worker('/base64-worker.js');
worker.postMessage({ action: 'encode', data });
worker.onmessage = (e) => {
resolve(e.data.result);
worker.terminate();
};
});
}
};
まとめ：Base64活用の3つの鍵
鍵1: 適切な用途理解
- データ転送の安全性確保
- プロトコル互換性の実現
- 埋め込みデータの活用
鍵2: パフォーマンス最適化
- データサイズに応じた手法選択
- ストリーミング処理の活用
- メモリ管理の徹底
鍵3: セキュリティ意識
- 入力データの検証
- XSS対策の実装
- CSP準拠の実装
今すぐ始める
- i4u Base64エンコーダーにアクセス
- テキストまたはファイルを入力
- エンコード/デコードを実行
- 結果をコピーして活用
カテゴリ別ツール
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関連ツール
- URLエンコーダー - URL安全なエンコード
- HTMLエンティティ変換 - HTML特殊文字
- ハッシュジェネレーター - ハッシュ生成
- 暗号化ツール - データ暗号化
Base64で、あらゆるデータを安全に転送。
i4u Base64エンコーダーで、データ処理を効率化しましょう。
この記事は定期的に更新され、最新のWeb標準とエンコーディング技術を反映しています。最終更新日：2025年1月24日
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