Support spontaneous payments in InvoicePayer

InvoicePayer handles retries not only when handling PaymentPathFailed
events but also for some types of PaymentSendFailure on the initial
send. Expand InvoicePayer's interface with a pay_pubkey function for
spontaneous (keysend) payments. Add a send_spontaneous_payment function
to the Payer trait to support this and implement it for ChannelManager.

Refactor InvoicePayer for spontaneous payments

To support spontaneous payments, InvoicePayer's sending logic must be
invoice-agnostic. Refactor InvoicePayer::pay_invoice_internal such that
invoice-specific code is in pay_invoice_using_amount and the remaining
logic is in pay_internal.

Further refactor the code's payment_cache locking such that it is
accessed consistently when needed, and tidy up the code a bit.

Merge pull request #1078 from TheBlueMatt/2021-09-chan-types

Implement channel_type negotiation

Merge pull request #1153 from TheBlueMatt/2021-11-0.0.103

One final fix + cut 0.0.103

Bump crate versions to 0.0.103/invoice 0.11

Update CHANGELOG for 0.0.103

Tweak serialization of ScorerUsingTime for better forward compat

Merge pull request #1150 from TheBlueMatt/2021-11-103-bindings

Pre-0.0.103 Bindings Tweaks

Add `(C-not exported)` tags as required in tuple types

This prepares us for C bindings auto-exporting tuple type fields.

Add `(C-not exported)` tag to a `Payee` modifier with move semantics

This matches the other `Payee` move-modifier functions.

Remove now-unused import in routing/mod.rs

Make payment_path_failed path type bindings-mappable

The bindings don't currently support passing `Vec`s of objects
which it mappes as "opaque types". This is because it will require
clones to convert its own list of references to Rust's list of
objects.

In the near future we should resolve this limitation, allowing us
to revert this (and make `find_route`'s method signature similarly
cleaner), but for now we must avoid `Vec<OpaqueType>`.

Rename Payee::new to Payee::from_node_id to clarify it somewhat

This also differentiates it from the bindings default-constructed
`new` method which is constructed when all fields are exposed and
of mappable types.

Remove trailing ;s from macro calls to silence new rustc warnings

Merge pull request #1146 from jkczyz/2021-10-score-serialization

Scorer serialization

Implement (de)serialization for Scorer

Scorer should be serialized to retain penalty data between restarts.
Implement (de)serialization for Scorer by serializing last failure times
as duration since the UNIX epoch. For no-std, the zero-Duration is used.

Parameterize Scorer by a Time trait

Scorer uses time to determine how much to penalize a channel after a
failure occurs. Parameterizing it by time cleans up the code such that
no-std support is in a single AlwaysPresent struct, which implements the
Time trait. Time is implemented for std::time::Instant when std is
available.

This parameterization also allows for deterministic testing since a
clock could be devised to advance forward as needed.

Refactor channel failure penalty logic

Move channel failure penalty logic into a ChannelFailure abstraction.
This encapsulates the logic for accumulating penalties and decaying them
over time. It also is responsible for the no-std behavior. This cleans
up Scorer and will make it easier to serialize it.

Clarify Scorer docs around penalizing channels

Merge pull request #1149 from jkczyz/2021-11-network-graph

Shared ownership of NetworkGraph

Make NetGraphMsgHandler::network_graph private

Since NetworkGraph has shared ownership, NetGraphMsgHandler does not
need to expose its field.

Parameterize NetGraphMsgHandler with NetworkGraph

NetworkGraph is owned by NetGraphMsgHandler, but DefaultRouter requires
a reference to it. Introduce shared ownership to NetGraphMsgHandler so
that both can use the same NetworkGraph.

Merge pull request #1141 from TheBlueMatt/2021-10-payment-id-on-partial-failure

Rewrite InvoicePayer retry to correctly handle MPP partial failures

Check for invoice expiry in InvoicePayer before we send any HTLCs

Add integration test for InvoicePayerretry on an immediate failure

Add an integration test for InvoicePayer paying when one part fails

This tests the multi-part-single-failure-immediately fixes in the
previous commit.

Rewrite InvoicePayer retry to correctly handle MPP partial failures

This rewrites a good chunk of the retry logic in `InvoicePayer` to
address two issues:
 * it was not considering the return value of `send_payment` (and
   `retry_payment`) may indicate a failure on some paths but not
   others,
 * it was not considering that more failures may still come later
   when removing elements from the retry count map. This could
   result in us seeing an MPP-partial-failure, failing to retry,
   removing the retries count entry, and then retrying other parts,
   potentially forever.

Dont unwrap `RouteParameter::expiry_time` as users can set it

Users can provide anything they want as `RouteParameters` so we
shouldn't assume any fields are set any particular way, including
`expiry_time` set at all.

Expand `InvoicePayer` documentation somewhat to clarify edge-cases

Provide payment retry data when an MPP payment failed partially

This will allow `InvoicePayer` to properly retry payments that only
partially failed to send.

Move PaymentId to a [u8; 32] in bindings as for other hash objects

This should allow us to fix
https://github.com/lightningdevkit/ldk-garbagecollected/issues/52

Merge pull request #1144 from jkczyz/2021-10-invoice-payer-scoring

Penalize failed channels

Test InvoicePayer in BackgroundProcessor

Proof of concept showing InvoicePayer can be used with an
Arc<ChannelManager> passed to BackgroundProcessor. Likely do not need to
merge this commit.

Penalize failed channels in Scorer

As payments fail, the channel responsible for the failure may be
penalized. Implement Scorer::payment_path_failed to penalize the failed
channel using a configured penalty. As time passes, the penalty is
reduced using exponential decay, though penalties will accumulate if the
channel continues to fail. The decay interval is also configurable.

Notify scorer of failing payment path and channel

Upon receiving a PaymentPathFailed event, the failing payment may be
retried on a different path. To avoid using the channel responsible for
the failure, a scorer should be notified of the failure before being
used to find a new route.

Add a payment_path_failed method to routing::Score and call it in
InvoicePayer's event handler. Introduce a LockableScore parameterization
to InvoicePayer so the scorer is locked only once before calling
find_route.

Merge pull request #1137 from TheBlueMatt/2021-10-ping-fixes

Give peers which are sending us messages/receiving messages from us longer to respond to ping

Log peer public key more thoroughly when logging in peer_handler

Give peers one timer tick to finish handshake before disconnecting

This ensures we don't let a hung connection stick around forever if
the peer never completes the initial handshake.

This also resolves a race where, on receiving a second connection
from a peer, we may reset their_node_id to None to prevent sending
messages even though the `channel_encryptor`
`is_ready_for_encryption()`. Sending pings only checks the
`channel_encryptor` status, not `their_node_id` resulting in an
`unwrap` on `None` in `enqueue_message`.

Give peers which are sending us messages longer to respond to ping

See comment for rationale.

Util-ify enqueueing an encoded message in peer_handler

This marginally simplifies coming commits.

Constify the ratio in buf limits between forward and init sync msgs

Merge pull request #1142 from TheBlueMatt/2021-10-on-sent-fees

Track the amount spent on fees as payments are retried

Track the amount spent on fees as payments are retried

Especially once we merge the `InvoicePayer` logic soon, we'll want
to expose the total fee paid in the `PaymentSent` event.

Pass the failing/succeeding `Path` to PendingOutboundPayment meths

This will make the next commit much simpler

Add a utility trait in `router` to get the fees along a given path

Merge pull request #1059 from jkczyz/2021-08-payment-retry

Payment Retries

Implement Payer and Router for lightning crate

Implements Payer for ChannelManager and Rotuer for find_route, which can
be used to parameterize InvoicePayer when needing payment retries.

Fail payment retry if Invoice is expired

According to BOLT 11:

- after the `timestamp` plus `expiry` has passed
  - SHOULD NOT attempt a payment

Add a convenience method for checking if an Invoice has expired, and use
it to short-circuit payment retries.

Support paying zero-value invoices

Add InvoicePayer for retrying failed payments

When a payment fails, it's useful to retry the payment once the network
graph and channel scores are updated. InvoicePayer is a utility for
making payments which will retry any failed payment paths for a payment
up to a configured number of total attempts. It is parameterized by a
Payer and Router for ease of customization and testing.

Implement EventHandler for InvoicePayer as a decorator that intercepts
PaymentPathFailed events and retries that payment using the parameters
from the event. It delegates to the decorated EventHandler after retries
have been exhausted and for other events.

Unify route finding methods

An upcoming Router interface will be used for finding a Route both when
initially sending a payment and also when retrying failed payment paths.
Unify the three varieties of get_route so the interface can consist of a
single method implemented by the new `find_route` method. Give get_route
pub(crate) visibility so it can still be used in tests.

Rewrite Invoice's interface in terms of msats

InvoiceBuilder's interface was changed recently to work in terms of
msats. Update Invoice's interface to return the amount in msats, too,
and make amount_pico_btc private.

Add PaymentId to PaymentPathFailed event

The PaymentId is needed when retrying payments. Include it in the
PaymentPathFailed event so it can be used in that manner.

Add PaymentId to PaymentSent event

The payment_hash may not uniquely identify the payment if it has been
reused. Include the payment_id in PaymentSent events so it can
correlated with the send_payment call.

Expose log_bytes! macro for use in other crates

Needed to log PaymentHash in the lightning-invoice crate when retrying
payments.

Add `PeerManager::disconnect_all_peers` to avoid complexity in BP

In the coming commits simply calling `timer_tick_occurred` will no
longer disconnect all peers, so its helpful to have a utility
method.

Correct send-bounding logic in `TestRoutingMessageHandler`

The `cmp::min` appeared to confused `end` for a count.

Merge pull request #1138 from TheBlueMatt/2021-10-payee-in-monitors

Store `Payee` info with HTLCs

Store `Payee` information in `HTLCSource::OutboundRoute`.

This stores and tracks HTLC payee information with HTLCSource info,
allowing us to provide it back to the user if the HTLC fails and
ensuring persistence by keeping it with the HTLC itself as it
passes between Channel and ChannelMonitor.

Copy `Payee` into `Route`s to provide them to `ChannelManager`

Make `Payee::pubkey` pub.

`Payee` is expected to be used by users to get routes for payment
retries, potentially with their own router. Thus, its helpful if it
is pub, even if it is redundant with the last hop in the `path`
field in `Events::PaymentPathFailed`.

Merge pull request #1134 from jkczyz/2021-10-payee-arg

Payee abstraction for use in get_route and PaymentPathFailed

Use option TLV decoding for short_channel_id

Using ignorable TLV decoding is only applicable for an Option containing
an enum, but short_channel_id is an Option<u64>. Use option TLV encoding
instead.

Include PaymentPathRetry data in PaymentPathFailed

When a payment path fails, it may be retried. Typically, this means
re-computing the route after updating the NetworkGraph and channel
scores in order to avoid the failing hop. The last hop in
PaymentPathFailed's path field contains the pubkey, amount, and CLTV
values needed to pass to get_route. However, it does not contain the
payee's features and route hints from the invoice.

Include the entire set of parameters in PaymentPathRetry and add it to
the PaymentPathFailed event. Add a get_retry_route wrapper around
get_route that takes PaymentPathRetry. This allows an EventHandler to
retry failed payment paths using the payee's route hints and features.

Remove outdated line from get_route docs

Define Payee abstraction for use in get_route

A payee can be identified by a pubkey and optionally have an associated
set of invoice features and route hints. Use this in get_route instead
of three separate parameters. This may be included in PaymentPathFailed
later to use when finding a new route.

Support send/recv'ing the new channel_type field in open_channel

This implements the channel type negotiation, though as we currently
only support channels with only static_remotekey set, it doesn't
implement the negotiation explicitly.

Support de/ser of the new channel_type field in open_channel

Add a ChannelTypeFeatures features object for the new channel_type

Its semantics are somewhat different from existing features,
however not enough to merit a different struct entirely.
Specifically, it only supports required features (if you send a
channel_type, the counterparty has to accept it wholesale or try
again, it cannot select only a subset of the flags) and it is
serialized differently (only appearing in TLVs).

Fix `cargo doc` on older rustc

Apparently at least rustc 1.48 doesn't support `Self` in doc links,
so we make it explicit.

Merge pull request #1104 from TheBlueMatt/2021-10-payment-id-in-monitors

Reload pending outbound payments from ChannelMonitors on startup

Add a test of an HTLC being fulfilled and then later failed

Peers probably shouldn't do this, but if they want to give us free
money, we should take it and not generate any spurious events.

Move test_dup_htlc_onchain_fails_on_reload to payment_tests

test_dup_htlc_onchain_fails_on_reload is now more of a
payment_test than a functional_test, testing for handling of
pending payments.

Add some basic test coverage of monitor payment data reloading

Reload pending payments from ChannelMonitor HTLC data on reload

If we go to send a payment, add the HTLC(s) to the channel(s),
commit the ChannelMonitor updates to disk, and then crash, we'll
come back up with no pending payments but HTLC(s) ready to be
claim/failed.

This makes it rather impractical to write a payment sender/retryer,
as you cannot guarantee atomicity - you cannot guarantee you'll
have retry data persisted even if the HTLC(s) are actually pending.

Because ChannelMonitors are *the* atomically-persisted data in LDK,
we lean on their current HTLC data to figure out what HTLC(s) are a
part of an outbound payment, rebuilding the pending payments list
on reload.

Add PaymentSecrets to HTLCSource::OutboundRoute objects

Rename payment object vars to refer to payments and not session IDs

Track payments after they resolve until all HTLCs are finalized

In the next commit, we will reload lost pending payments from
ChannelMonitors during restart. However, in order to avoid
re-adding pending payments which have already been fulfilled, we
must ensure that we do not fully remove pending payments until all
HTLCs for the payment have been fully removed from their
ChannelMonitors.

We do so here, introducing a new PendingOutboundPayment variant
called `Completed` which only tracks the set of pending HTLCs.

Inform ChannelManager when fulfilled HTLCs are finalized

When an HTLC has been failed, we track it up until the point there
exists no broadcastable commitment transaction which has the HTLC
present, at which point Channel returns the HTLCSource back to the
ChannelManager, which fails the HTLC backwards appropriately.

When an HTLC is fulfilled, however, we fulfill on the backwards path
immediately. This is great for claiming upstream HTLCs, but when we
want to track pending payments, we need to ensure we can check with
ChannelMonitor data to rebuild pending payments. In order to do so,
we need an event similar to the HTLC failure event, but for
fulfills instead.

Specifically, if we force-close a channel, we remove its off-chain
`Channel` object entirely, at which point, on reload, we may notice
HTLC(s) which are not present in our pending payments map (as they
may have received a payment preimage, but not fully committed to
it). Thus, we'd conclude we still have a retryable payment, which
is untrue.

This commit does so, informing the ChannelManager via a new return
element where appropriate of the HTLCSource corresponding to the
failed HTLC.

Implement `HashMap` read for `MaybeReadable` values

This allows us to read a `HashMap` that has values which may be
skipped if they are some backwards-compatibility type.

We also take this opportunity to fail deserialization if keys are
duplicated.

Make `Channel::monitor_updating_restored`'s return tuple a struct

This improves readability at the callsite and in the function.

Make `Channel::revoke_and_ack`'s return tuple a struct

This substantially improves readability at the callsite and in the
function.

Merge pull request #1108 from TheBlueMatt/2021-10-persist-mon-blocks

Persist ChannelMonitors after new blocks are connected

Clarify the contexts in which persist_new_channel may be called

Its somewhat confusing that `persist_new_channel` is called on
startup for an existing channel in common deployments, so we call
it out explicitly.

Always release `MonitorEvent`s to `ChannelManager` after 3 blocks

If we have a `ChannelMonitor` update from an on-chain event which
returns a `TemporaryFailure`, we block `MonitorEvent`s from that
`ChannelMonitor` until the update is persisted. This prevents
duplicate payment send events to the user after payments get
reloaded from monitors on restart.

However, if the event being avoided isn't going to generate a
PaymentSent, but instead result in us claiming an HTLC from an
upstream channel (ie the HTLC was forwarded), then the result of a
user delaying the event is that we delay getting our money, not a
duplicate event.

Because user persistence may take an arbitrary amount of time, we
need to bound the amount of time we can possibly wait to return
events, which we do here by bounding it to 3 blocks.

Thanks to Val for catching this in review.

Update test_dup_htlc_onchain_fails_on_reload for new persist API

ChannelMonitors now require that they be re-persisted before
MonitorEvents be provided to the ChannelManager, the exact thing
that test_dup_htlc_onchain_fails_on_reload was testing for when it
*didn't* happen. As such, test_dup_htlc_onchain_fails_on_reload is
now testing that we bahve correctly when the API guarantees are not
met, something we don't need to do.

Here, we adapt it to test the new API requirements through
ChainMonitor's calls to the Persist trait instead.

Persist `ChannelMonitor`s after new blocks are connected

This resolves several user complaints (and issues in the sample
node) where startup is substantially delayed as we're always
waiting for the chain data to sync.

Further, in an upcoming PR, we'll be reloading pending payments
from ChannelMonitors on restart, at which point we'll need the
change here which avoids handling events until after the user
has confirmed the `ChannelMonitor` has been persisted to disk.
It will avoid a race where we
 * send a payment/HTLC (persisting the monitor to disk with the
   HTLC pending),
 * force-close the channel, removing the channel entry from the
   ChannelManager entirely,
 * persist the ChannelManager,
 * connect a block which contains a fulfill of the HTLC, generating
   a claim event,
 * handle the claim event while the `ChannelMonitor` is being
   persisted,
 * persist the ChannelManager (before the CHannelMonitor is
   persisted fully),
 * restart, reloading the HTLC as a pending payment in the
   ChannelManager, which now has no references to it except from
   the ChannelMonitor which still has the pending HTLC,
 * replay the block connection, generating a duplicate PaymentSent
   event.

Use an opaque type to describe monitor updates in Persist

In the next commit, we'll be originating monitor updates both from
the ChainMonitor and from the ChannelManager, making simple
sequential update IDs impossible.

Further, the existing async monitor update API was somewhat hard to
work with - instead of being able to generate monitor_updated
callbacks whenever a persistence process finishes, you had to
ensure you only did so at least once all previous updates had also
been persisted.

Here we eat the complexity for the user by moving to an opaque
type for monitor updates, tracking which updates are in-flight for
the user and only generating monitor-persisted events once all
pending updates have been committed.

Move ChannelManager::monitor_updated to a MonitorEvent

In the next commit we'll need ChainMonitor to "see" when a monitor
persistence completes, which means `monitor_updated` needs to move
to `ChainMonitor`. The simplest way to then communicate that
information to `ChannelManager` is via `MonitorEvet`s, which seems
to line up ok, even if they're now constructed by multiple
different places.

Merge pull request #1133 from jkczyz/2021-10-expand-scorer

Include source and destination nodes in routing::Score

Add source and target nodes to routing::Score

Expand routing::Score::channel_penalty_msat to include the source and
target node ids of the channel. This allows scorers to avoid certain
nodes altogether if desired.

Simplify prefers_shorter_route_with_higher_fees

In order to make the scoring tests easier to read, only check the
relevant RouteHop fields. The remaining fields are tested elsewhere.
Expand the test to show the path used without scoring.

Move the two-AtomicUsize counter in peer_handler to a util struct

We also take this opportunity to drop byte_utils::le64_to_array, as
our MSRV now supports the native to_le_bytes() call.

Move MonitorEvent serialization to TLV-enum-upgradable from custom

Merge pull request #1127 from TheBlueMatt/2021-10-0.0.102

Cut 0.0.102

Bump crate versions to 0.0.102 and lightning-invoice 0.10

Add CHANGELOG entries for 0.0.102

Merge pull request #1121 from TheBlueMatt/2021-10-return-temp-id

Expose temporary channel ID and user channel ID pre-funding

Merge pull request #1124 from jkczyz/2021-10-default-channel-scoring

Add channel scoring to get_route

Rename create_channel param to user_channel_id to standardize it