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密码套件实战解析：从Wireshark抓包到国标ID对照
1. 项目概述为什么我们需要深挖密码套件如果你是一名网络工程师、安全研究员或者正在开发涉及加密通信的应用那么“密码套件”这个词对你来说一定不陌生。它就像一份菜单决定了通信双方在建立安全连接时具体使用哪些算法来加密数据、验证身份和保证完整性。然而这份“菜单”在实际网络流量中往往以几个简短的数字或字符串形式出现比如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256或者更抽象的几个字节的标识符。对于大多数开发者而言可能只停留在“配置了TLS 1.2”的层面至于底层具体用了哪个套件为什么用这个出了问题怎么排查往往是一头雾水。更复杂的是在一些特定行业尤其是遵循国家标准国标的领域比如金融、政务、物联网等通信协议中使用的密码套件标识符ID可能完全不同于国际通用的IANA标准。你可能会在抓包数据里看到一个神秘的0xC023或者0x0300 0x0101如果不清楚其对应的国标定义调试工作将寸步难行。这就是“密码套件实战解析从Wireshark抓包到国标ID对照”这个项目要解决的核心问题。它不是一个纯理论探讨而是一次从实战出发的深度旅程。我们将从最基础的网络抓包开始使用Wireshark这个“网络显微镜”亲手捕获并解析一次TLS/SSL握手过程定位到密码套件协商的环节。然后我们将直面最令人困惑的部分如何解读抓包中看到的那些十六进制ID我们将建立一套方法将这些ID与国际标准如IANA注册表进行对照。最后也是最具挑战性的部分我们将深入国标如GM/T 0024-2014《SSL VPN技术规范》或金融行业规范中定义的密码套件学习如何查找和理解这些“中国特色”的密码套件ID完成从国际标准到国家标准的映射与理解。整个过程旨在为你装备一套完整的“解码”能力。当你的应用出现“握手失败”、“协议版本或密码套件不支持”等错误时你将不再盲目猜测而是能够精准地定位到是哪一个具体的算法不被对端支持或者是否符合了相应的安全规范。这对于进行国密改造、金融系统对接、物联网设备安全审计等场景具有至关重要的实践价值。2. 核心工具与基础环境准备工欲善其事必先利其器。在开始我们的密码套件侦探之旅前需要准备好相应的工具和环境。这里我们主要依赖两款核心工具Wireshark和浏览器或一个可控制的客户端/服务端。2.1 Wireshark的安装与基础配置Wireshark是网络封包分析的行业标准工具。对于这个项目我们不需要用到它最复杂的功能但必须确保能正确捕获和解析TLS/SSL流量。安装要点官方下载始终建议从Wireshark官网下载最新稳定版安装包。安装过程中在组件选择页面务必勾选Install WinPcap或Install NpcapWindows系统。Npcap是WinPcap的现代替代品兼容性和性能更好建议选择Npcap。权限问题安装后Wireshark可能需要管理员权限才能开始捕获。在Windows上你可以直接以管理员身份运行Wireshark。更一劳永逸的方法是在安装Npcap时勾选“Restrict Npcap drivers access to Administrators only”选项并在安装后将你的普通用户账户添加到Networking Services用户组但这通常比较复杂。对于临时抓包直接右键“以管理员身份运行”最为简单。选择正确的网卡启动Wireshark后你会看到一个列表显示所有可用的网络接口。正在活跃收发数据的接口通常会显示波动的数据包计数。对于抓取本机浏览网页的流量通常选择名为“WLAN”或“以太网”的活跃接口。如果你不确定可以逐个尝试观察哪个接口在你访问网页时有数据包跳动。关键配置针对TLS解密默认情况下Wireshark捕获的TLS流量是加密的你看不到握手细节和密码套件列表。为了解密我们需要导入会话使用的密钥。这对于分析我们可控的客户端如浏览器与服务端的通信非常有用。步骤在Wireshark中进入编辑-首选项-Protocols-TLS。操作在“(Pre)-Master-Secret log filename”栏点击“浏览”指定一个文本文件路径例如C:\sslkeys.log。这个文件将用于存储密钥。客户端配置然后你需要配置你的浏览器以Chrome为例在启动时将TLS会话密钥写入这个文件。通过设置环境变量SSLKEYLOGFILE为上述文件路径即可。这样Wireshark就能用这个日志文件解密对应的TLS流量让你看到清晰的握手报文。注意此方法仅用于分析你自己产生的、可控的流量切勿用于解密他人的通信这是不道德且可能违法的。生产环境调试应通过服务端日志或配置输出调试信息。2.2 构建一个可观测的测试环境为了稳定、重复地抓取密码套件协商过程我们需要一个简单的测试环境。最方便的方式是利用一个知名的、支持多种密码套件的HTTPS网站进行测试例如https://www.ssllabs.com或https://www.cloudflare.com。这些网站的服务器通常配置了丰富的密码套件便于我们观察。如果你想进行更深入、更可控的分析我强烈建议在本地搭建一个测试服务器。这里有两个极佳的选择使用openssl s_serverOpenSSL命令行工具可以快速启动一个简易的TLS服务器并允许你指定支持的密码套件列表。# 生成一个简单的自签名证书仅用于测试 openssl req -x509 -newkey rsa:2048 -keyout key.pem -out cert.pem -days 365 -nodes -subj /CNlocalhost # 启动TLS服务器在8443端口并指定一个密码套件列表 openssl s_server -accept 8443 -cert cert.pem -key key.pem -cipher “ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE-ECDSA-AES128-GCM-SHA256”这条命令启动了一个服务器它只支持两个密码套件。然后你可以用浏览器访问https://localhost:8443需忽略证书警告或openssl s_client来连接它同时在Wireshark中抓取loopback或lo0环回接口的流量。这样你就能完整地看到从客户端Hello携带所有支持的套件到服务器Hello选定一个套件的全过程。使用测试容器或小程序如果你熟悉Docker可以拉取一个包含Nginx或Apache的镜像并自定义其SSL配置。或者用Python的http.server和ssl模块写一个几十行代码的测试服务器。这种方式的优势是更接近真实应用可以模拟复杂的场景。我的实操心得对于初学者我建议先从分析公网知名HTTPS网站开始这样免去了搭建服务器的麻烦。当你熟悉了Wireshark过滤器和TLS握手包结构后再转向本地openssl s_server进行精控实验。本地环境能让你绝对掌控双方支持的套件是理解协商机制和排查问题的最佳沙盒。3. Wireshark抓包实战捕获与解析TLS握手现在让我们打开Wireshark开始真正的抓包分析。我们的目标是清晰地捕获一次完整的TLS握手并从中找到密码套件信息。3.1 捕获流量的技巧与过滤器使用启动Wireshark选择正确的网络接口开始捕获。如果你直接开始会看到海量的数据包包括ARP、DNS、TCP等各种协议瞬间就会眼花缭乱。我们必须使用过滤器来聚焦于我们关心的TLS流量。基础过滤器tls显示所有TLS协议的数据包。这是最常用的过滤器。ssl在较新版本的Wireshark中ssl显示过滤器已被tls取代但通常两者都指向同一协议层。更精确的过滤器我们的目标是分析一次具体的TLS连接。TLS over TCP所以一个连接由客户端IP、端口和服务端IP、端口唯一确定。我们可以这样过滤ip.addr 104.16.124.96 and tls过滤与某个特定IP例如cloudflare的一个IP的所有TLS包。更好的方法是使用“追踪流”。在抓到的任何一个TCP或TLS包上右键选择追踪流-TLS流。Wireshark会自动生成一个过滤器如tls (ip.addr eq 104.16.124.96 ip.addr eq 192.168.1.100 tcp.port eq 443 tcp.port eq 65432)这个过滤器会精准地只显示这一次TLS会话的所有数据包极其清晰。开始抓取先应用一个宽泛的过滤器如tls。点击开始捕获按钮。在浏览器中访问一个HTTPS网站例如https://www.cloudflare.com/。等待页面加载完成后回到Wireshark停止捕获。在数据包列表中找到与目标网站IP通信的TLS包通常第一个TLS包会是“Client Hello”。右键它选择“追踪流” - “TLS流”。此时界面将只显示这次握手的所有相关报文。3.2 深度解析Client Hello与Server Hello报文在追踪到的TLS流中最关键的就是前两个有时是前三个包Client Hello,Server Hello, 以及可选的Server Hello Done在TLS 1.2及以前或Encrypted Extensions在TLS 1.3。我们聚焦前两个。1. Client Hello 报文解析这是客户端发起的第一个包它向服务器“推销”自己支持的所有能力。版本Version: TLS 1.2 (0x0303)。这表示客户端支持的最高协议版本是TLS 1.2。注意TLS 1.3的版本号也是0x0303但会在扩展中区分。随机数Random: ...一个28字节的随机值用于后续密钥计算。会话IDSession ID用于会话恢复。密码套件列表这是我们的首要目标在Wireshark的解析面板中展开Cipher Suites字段。你会看到一个列表如Cipher Suites (18 suites) Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256 (0xc02f) Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_256_GCM_SHA384 (0xc030) Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA256 (0xc027) ... (更多套件)这里列出了客户端支持的所有密码套件按照客户端的偏好顺序排列。每个套件以一个两字节的十六进制数表示如0xc02f后面括号里是Wireshark帮我们翻译成的可读名称。这个列表的长度和内容直接反映了客户端的加密能力。2. Server Hello 报文解析服务器收到Client Hello后从中选择一个它自己也支持且优先级最高的密码套件在Server Hello中告知客户端。版本Version: TLS 1.2 (0x0303)。服务器选择的协议版本通常等于或低于客户端声明的版本。随机数服务器生成的随机数。会话ID服务器为本次会话分配的ID。选定的密码套件这是我们的第二个关键目标在解析面板中找到Cipher Suite字段注意是单数。它会显示类似Cipher Suite: TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256 (0xc02f)这表示服务器从客户端的列表中选中了0xc02f这个套件。后续的整个通信都将使用这个套件定义的算法组合密钥交换用ECDHE_RSA加密用AES-128-GCM消息认证用SHA256。实操心得如何快速定位在数据包列表栏Wireshark通常会为TLS包提供简要信息。对于Client Hello信息栏可能会显示“Client Hello”以及它支持的套件数量如“Cipher Suites (18 suites)”。对于Server Hello信息栏会直接显示选定的套件名称。你可以通过点击信息栏快速排序或筛选但最可靠的方式永远是点开数据包在详细面板里逐层展开查看。4. 密码套件ID的奥秘IANA标准与国标映射从Wireshark中我们看到了像0xc02f这样的ID。这些数字不是随意编的它们遵循着一定的注册标准。对于国际通用标准这个注册管理机构是IANA。4.1 IANA密码套件注册表解读IANA维护着一个“Transport Layer Security (TLS) Parameters”的页面其中就包含“TLS Cipher Suites”注册表。这个表格是所有TLS密码套件的“户口本”。结构注册表通常包含以下几列Value 两个字节的十六进制值即我们在抓包中看到的ID如0xC0,0x2F写作0xC02F。Description 套件的描述性名称遵循TLS_密钥交换算法_WITH_对称加密算法_消息认证码算法的格式如TLS_ECDHE_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。DTLS-OK 指示该套件是否适用于DTLS协议。Recommended IANA是否推荐使用该套件。这是一个重要的安全参考标记为NO的套件通常存在已知弱点如RC4、MD5、出口级强度套件应避免使用。Reference 定义该套件的RFC文档。如何查询当你在抓包中看到一个不熟悉的ID比如0x009C你可以去IANA的注册表页面用浏览器的页面查找功能CtrlF搜索0x009C就能找到它对应的是TLS_RSA_WITH_AES_128_GCM_SHA256。这能帮助你理解客户端或服务器支持或选择了什么样的算法组合。重要规律IANA分配的ID并非完全无序。通常以0x00开头的套件大多与RSA密钥交换相关以0xC0开头的套件通常与ECDHE密钥交换相关以0xCC开头的套件是TLS 1.3的专用套件格式也简化为TLS_AES_128_GCM_SHA256等。了解这些前缀有助于你快速判断套件的类型和安全强度。4.2 国标密码套件ID体系探秘当我们的视线从国际互联网转向国内一些特定行业时情况就变得复杂了。为了保障信息安全自主可控我国制定了一系列密码行业标准GM/T和金融行业标准其中定义了国产密码算法SM2、SM3、SM4等以及基于这些算法的密码套件。这些套件在协议中使用的标识符与IANA标准完全不同。例如在国密SSL协议基于TLS 1.1定制常被称为TLCP或GMSSL中你可能会看到以下ID0xE0 0x11 可能对应TLCP_ECDHE_SM4_CBC_SM3具体值需查对应标准。0x00 0x01到0x00 0x99范围内的某些值也可能被国标占用与IANA标准冲突。核心挑战国标密码套件的ID定义分散在不同的标准文档中且并非所有标准都像IANA注册表一样公开可查。常见的相关标准包括GM/T 0024-2014《SSL VPN技术规范》 定义了用于SSL VPN的国密算法套件。JR/T 0025-2018《金融行业网络安全等级保护实施指引》及相关金融行业标准 对金融系统的通信加密有具体套件要求。各厂商的国密实现 如OpenSSL的国密分支、GmSSL、以及各大安全厂商的中间件在实现时都会遵循或引用这些标准但具体ID映射可能需要查阅其开发文档或源码。如何建立对照表查阅标准文档这是最权威的方式。获取上述标准文档的正式版本查找关于“密码套件标识符”或“CipherSuite”的章节。分析协议源码对于开源实现如GmSSL可以直接查看其源码文件通常是ssl/tls1.h或ssl/ssl_locl.h其中会以宏定义的形式列出所有支持的密码套件ID和名称。抓包逆向分析如果你有一个实现了国密套件的测试环境例如一个配置了国密证书和套件的Nginx服务器你可以用兼容的客户端去连接并用Wireshark抓包。通过分析Client Hello和Server Hello中的ID再结合服务器或客户端的配置日志可以反推出ID与套件名称的对应关系。参考权威汇总一些安全社区、博客或厂商技术白皮书可能会整理非官方的对照表。这些可以作为参考但用于生产环境前务必与标准文档或官方实现进行核对。注意国标ID的解读必须严谨。误读一个ID可能导致安全审计不通过或互联互通失败。在实际项目中务必以最终要对接的系统的官方文档或双方约定的规范为准。5. 实战演练从抓包ID到具体算法的完整分析流程让我们通过一个完整的案例把前面所有步骤串联起来。假设我们正在调试一个与某金融系统对接的客户端连接失败日志提示“密码套件不匹配”。步骤一捕获问题流量在客户端机器上启动Wireshark在开始连接前开始捕获。使用过滤器tls and host 金融系统IP缩小范围。触发客户端进行连接。连接失败后停止捕获。步骤二定位握手失败点在捕获的数据包中寻找TLS握手序列。一个失败的握手可能表现为Client Hello 后收到 Server Hello但紧接着是 Alert 报文Alert报文类型为“Fatal”且描述为“Handshake Failure”或“Illegal Parameter”是服务器拒绝连接的明确信号。这很可能就是密码套件协商失败。Client Hello 后没有 Server Hello而是TCP RST或超时这可能意味着服务器根本无法解析Client Hello如协议版本过低过高或者连接在更底层被阻断。我们需要先确保能看到Server Hello。步骤三分析协商内容假设我们抓到了Server Hello和一个Fatal Alert。查看Client Hello的密码套件列表记录下客户端发送的所有套件ID例如0xc02f,0xc030,0x009c,0x0035。查看Server Hello选定的密码套件如果服务器回复了Server Hello看它选择了哪一个。如果它没有选择任何一个即回复了Handshake Failure说明客户端的列表里没有一个服务器支持。对照标准将客户端列表中的IANA ID如0x0035通过IANA注册表查询得知是TLS_RSA_WITH_AES_256_CBC_SHA。这是一个较老且目前不被推荐的套件。如果客户端也发送了一些国标ID如0xe011而我们手头的国标对照表显示它对应TLCP_ECDHE_SM2_WITH_SM4_CBC_SM3。推断原因服务器可能被配置为仅支持国密套件而客户端虽然支持国密套件0xe011但它在列表中的优先级可能排在很多国际通用套件之后。而服务器在协商时可能会严格按照自己的列表顺序或安全策略来匹配如果客户端的第一个套件0xc02f服务器不支持它可能不会继续向下搜索而是直接返回失败。另一种可能是客户端支持的国密套件版本如TLCP与服务器支持的版本不匹配。步骤四解决问题基于以上分析解决方案可能是调整客户端密码套件顺序修改客户端配置将国密套件如0xe011放在支持列表的最前面。统一协议版本和套件确认双方都支持相同的国密SSL协议版本如TLCP 1.1并且使用完全相同的、经过双方确认的密码套件标识符。启用更详细的日志在客户端和服务器端启用TLS握手调试日志查看双方具体协商了哪些套件以及失败的具体原因代码。我的排查心得在涉及国密等定制协议的场景中抓包分析结合详细日志是黄金组合。Wireshark告诉你“发生了什么”流量层面而调试日志告诉你“为什么”应用逻辑层面。例如OpenSSL的国密分支可以通过设置SSL_CTX_set_info_callback或设置SSL_CTX_set_msg_callback来输出极其详细的握手信息包括它收到了哪些套件ID、尝试匹配了哪些、最终为什么拒绝。将Wireshark中的ID与日志中的文本描述对应起来能让你迅速定位到最根本的配置差异。6. 进阶技巧与深度排查指南掌握了基础流程后我们来看一些更复杂的情况和高级技巧。6.1 解析TLS 1.3的密码套件TLS 1.3对密码套件进行了大刀阔斧的简化。在Wireshark中你会发现Client Hello密码套件列表依然存在但列表中的套件名称格式变了例如TLS_AES_128_GCM_SHA256。对应的ID也进入了新的范围如0x1301。更重要的是TLS 1.3的密钥交换机制与套件解耦通过“密钥共享”扩展来实现。Server Hello选定的密码套件字段依然存在格式同Client Hello。关键区别在TLS 1.3中像RSA这种静态密钥交换被彻底移除因此你不会再看到TLS_RSA_WITH_...这样的套件。所有套件都是AEAD认证加密模式的如AES-GCM或ChaCha20-Poly1305。抓包分析TLS 1.3时除了看密码套件更要关注Supported Groups支持的椭圆曲线组和Key Share扩展它们共同决定了密钥交换的实际过程。6.2 使用命令行工具进行辅助分析Wireshark是图形化分析的利器但有时我们需要脚本化或快速测试。OpenSSL命令行工具s_client是不可或缺的补充。# 测试服务器支持的密码套件列表 openssl s_client -connect example.com:443 -cipher ALL:COMPLEMENTOFALL -tlsextdebug -status # 测试服务器对特定套件的支持 openssl s_client -connect example.com:443 -cipher ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256 # 使用国密套件测试需支持国密的OpenSSL分支如GmSSL gmssl s_client -connect sm2test.ovssl.cn:443 -cipher ECC-SM2-WITH-SM4-SM3-cipher参数允许你指定一个套件列表或单个套件去尝试连接。-tlsextdebug和-status可以输出更详细的握手信息。通过组合这些命令你可以快速验证服务器是否支持某个特定的套件而无需依赖抓包。6.3 构建自定义Wireshark解析器当你频繁分析某种非标准的、使用私有密码套件ID的协议时每次手动对照文档非常低效。Wireshark支持使用Lua脚本编写自定义解析器。你可以编写一个Lua脚本在dissector_table:add()函数中将你协议中的私有ID例如0xFE 0x01映射到一个自定义的协议字段和描述字符串上。这样在Wireshark的包详情中0xFE01就会直接显示为MYPROTO_SPECIAL_CIPHER_SUITE极大提升分析效率。简易示例思路-- 假设你的协议在TCP 9999端口协议标识符为 0xAB 0xCD local myproto_proto Proto(MyProto, My Custom Protocol) local cipher_suite_field ProtoField.uint16(myproto.ciphersuite, Cipher Suite, base.HEX) -- 创建一个预定义的套件ID到名称的映射表 local cipher_suites { [0xFE01] MY_CIPHER_SUITE_AES128_SM3, [0xFE02] MY_CIPHER_SUITE_SM4_SM3, -- ... 更多映射 } function myproto_proto.dissector(buffer, pinfo, tree) -- 解析逻辑定位到密码套件字段的位置 local offset 10 -- 假设ID从第10字节开始 local cs_id buffer(offset, 2):uint() local subtree tree:add(myproto_proto, buffer(), My Protocol Data) local cs_item subtree:add(cipher_suite_field, buffer(offset, 2)) -- 如果映射表中有定义则添加一个文本显示 if cipher_suites[cs_id] then cs_item:append_text( ( .. cipher_suites[cs_id] .. )) end end -- 将解析器注册到TCP端口 local tcp_table DissectorTable.get(tcp.port) tcp_table:add(9999, myproto_proto)将这个脚本保存为myproto.lua放在Wireshark的插件目录或者通过-X lua_script:myproto.lua参数启动Wireshark即可生效。7. 常见问题排查与解决方案速查表在实际操作中你一定会遇到各种问题。下面我将一些典型问题、可能原因和排查思路整理成表方便你快速查阅。问题现象可能原因排查步骤与解决方案Wireshark中TLS流量全是加密的看不到握手细节未配置TLS解密密钥。1. 在Wireshark的TLS协议设置中配置(Pre)-Master-Secret log文件路径。2. 配置客户端如浏览器设置SSLKEYLOGFILE环境变量指向同一文件。3. 重新捕获流量。Client Hello后收到Handshake FailureAlert客户端和服务端没有共同支持的密码套件。1. 对比Client Hello中的套件列表和服务器支持的套件列表。2. 检查双方协议版本TLS 1.2 vs 1.3是否兼容。3. 检查是否有国标/国际标准套件不匹配的问题。Server Hello选定的套件看起来很弱如TLS_RSA_WITH_RC4_128_MD5服务器配置不当或客户端列表里缺乏强套件导致服务器选择了低安全性的遗留套件。1. 审查服务器SSL配置禁用不安全的套件如RC4, MD5, 3DES, 静态RSA密钥交换。2. 升级客户端使其支持更现代的套件如ECDHE with AES-GCM。国密连接失败但抓包显示双方都发送了国密套件ID1. 套件ID虽然都是国密但具体算法组合不匹配如SM2与SM9。2. 双方使用的国密协议实现版本不一致。3. 证书问题非SM2证书或证书链验证失败。1. 精确核对双方配置的套件字符串必须完全一致。2. 确认双方使用的是同一套国密协议栈如都是GmSSL 3.x。3. 检查服务器证书是否为SM2证书客户端是否信任相应的根证书。Wireshark无法识别协议显示为TCP或TLS但解析错误协议使用了非标准端口或协议本身是自定义的Wireshark无法正确解码。1. 尝试右键数据包解码为...强制指定为TLS协议。2. 如果协议是自定义的需要编写或获取对应的Wireshark解析插件Lua脚本或C插件。openssl s_client可以连接但自己的客户端无法连接客户端代码或库中配置的密码套件列表与openssl s_client默认列表不同。1. 使用openssl s_client -cipher DEFAULT查看其默认套件列表。2. 在自己的客户端中显式地设置与服务器匹配的、安全的套件列表避免使用过于陈旧的库的默认值。在TLS 1.3抓包中看不到完整的密码套件列表这是正常现象。TLS 1.3为了减少握手延迟和增强安全性在Client Hello中可能会发送一个“兼容性模式”的列表或者服务器在支持TLS 1.3时会忽略Client Hello中非TLS 1.3的套件。关注Client Hello中的supported_versions扩展和supported_groups扩展。密码套件列表虽然存在但其作用和在TLS 1.2中略有不同。确保分析的焦点放在TLS 1.3的套件0x13xx上。最后再分享一个我踩过的坑有一次排查一个国密对接问题抓包显示Client Hello和Server Hello都成功了选定了国密套件但随后连接被重置。耗费了大量时间在密码套件和证书上最后发现是中间网络设备如防火墙或负载均衡不支持国密算法在识别到非标准TLS流量后进行了拦截。因此当所有应用层分析都正常时别忘了网络路径上的“隐形关卡”。这时分段抓包在客户端侧、服务器侧分别抓包是定位这类问题的有效方法。
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