Clarify rescan rules for block_connected somewhat
[rust-lightning] / lightning / src / chain / chaininterface.rs
1 //! Traits and utility impls which allow other parts of rust-lightning to interact with the
2 //! blockchain.
3 //!
4 //! Includes traits for monitoring and receiving notifications of new blocks and block
5 //! disconnections, transaction broadcasting, and feerate information requests.
6
7 use bitcoin::blockdata::block::{Block, BlockHeader};
8 use bitcoin::blockdata::transaction::Transaction;
9 use bitcoin::blockdata::script::Script;
10 use bitcoin::blockdata::constants::genesis_block;
11 use bitcoin::util::hash::BitcoinHash;
12 use bitcoin_hashes::sha256d::Hash as Sha256dHash;
13 use bitcoin::network::constants::Network;
14
15 use util::logger::Logger;
16
17 use std::sync::{Mutex, MutexGuard, Arc};
18 use std::sync::atomic::{AtomicUsize, Ordering};
19 use std::collections::HashSet;
20 use std::ops::Deref;
21 use std::marker::PhantomData;
22
23 /// Used to give chain error details upstream
24 pub enum ChainError {
25         /// Client doesn't support UTXO lookup (but the chain hash matches our genesis block hash)
26         NotSupported,
27         /// Chain isn't the one watched
28         NotWatched,
29         /// Tx doesn't exist or is unconfirmed
30         UnknownTx,
31 }
32
33 /// An interface to request notification of certain scripts as they appear the
34 /// chain.
35 ///
36 /// Note that all of the functions implemented here *must* be reentrant-safe (obviously - they're
37 /// called from inside the library in response to ChainListener events, P2P events, or timer
38 /// events).
39 pub trait ChainWatchInterface: Sync + Send {
40         /// Provides a txid/random-scriptPubKey-in-the-tx which much be watched for.
41         fn install_watch_tx(&self, txid: &Sha256dHash, script_pub_key: &Script);
42
43         /// Provides an outpoint which must be watched for, providing any transactions which spend the
44         /// given outpoint.
45         fn install_watch_outpoint(&self, outpoint: (Sha256dHash, u32), out_script: &Script);
46
47         /// Indicates that a listener needs to see all transactions.
48         fn watch_all_txn(&self);
49
50         /// Gets the script and value in satoshis for a given unspent transaction output given a
51         /// short_channel_id (aka unspent_tx_output_identier). For BTC/tBTC channels the top three
52         /// bytes are the block height, the next 3 the transaction index within the block, and the
53         /// final two the output within the transaction.
54         fn get_chain_utxo(&self, genesis_hash: Sha256dHash, unspent_tx_output_identifier: u64) -> Result<(Script, u64), ChainError>;
55
56         /// Gets the list of transactions and transaction indices that the ChainWatchInterface is
57         /// watching for.
58         fn filter_block<'a>(&self, block: &'a Block) -> (Vec<&'a Transaction>, Vec<u32>);
59
60         /// Returns a usize that changes when the ChainWatchInterface's watched data is modified.
61         /// Users of `filter_block` should pre-save a copy of `reentered`'s return value and use it to
62         /// determine whether they need to re-filter a given block.
63         fn reentered(&self) -> usize;
64 }
65
66 /// An interface to send a transaction to the Bitcoin network.
67 pub trait BroadcasterInterface: Sync + Send {
68         /// Sends a transaction out to (hopefully) be mined.
69         fn broadcast_transaction(&self, tx: &Transaction);
70 }
71
72 /// A trait indicating a desire to listen for events from the chain
73 pub trait ChainListener: Sync + Send {
74         /// Notifies a listener that a block was connected.
75         ///
76         /// The txn_matched array should be set to references to transactions which matched the
77         /// relevant installed watch outpoints/txn, or the full set of transactions in the block.
78         ///
79         /// Note that if txn_matched includes only matched transactions, and a new
80         /// transaction/outpoint is watched during a block_connected call, the block *must* be
81         /// re-scanned with the new transaction/outpoints and block_connected should be called
82         /// again with the same header and (at least) the new transactions.
83         ///
84         /// Note that if non-new transaction/outpoints are be registered during a call, a second call
85         /// *must not* happen.
86         ///
87         /// This also means those counting confirmations using block_connected callbacks should watch
88         /// for duplicate headers and not count them towards confirmations!
89         fn block_connected(&self, header: &BlockHeader, height: u32, txn_matched: &[&Transaction], indexes_of_txn_matched: &[u32]);
90         /// Notifies a listener that a block was disconnected.
91         /// Unlike block_connected, this *must* never be called twice for the same disconnect event.
92         /// Height must be the one of the block which was disconnected (not new height of the best chain)
93         fn block_disconnected(&self, header: &BlockHeader, disconnected_height: u32);
94 }
95
96 /// An enum that represents the speed at which we want a transaction to confirm used for feerate
97 /// estimation.
98 pub enum ConfirmationTarget {
99         /// We are happy with this transaction confirming slowly when feerate drops some.
100         Background,
101         /// We'd like this transaction to confirm without major delay, but 12-18 blocks is fine.
102         Normal,
103         /// We'd like this transaction to confirm in the next few blocks.
104         HighPriority,
105 }
106
107 /// A trait which should be implemented to provide feerate information on a number of time
108 /// horizons.
109 ///
110 /// Note that all of the functions implemented here *must* be reentrant-safe (obviously - they're
111 /// called from inside the library in response to ChainListener events, P2P events, or timer
112 /// events).
113 pub trait FeeEstimator: Sync + Send {
114         /// Gets estimated satoshis of fee required per 1000 Weight-Units.
115         ///
116         /// Must be no smaller than 253 (ie 1 satoshi-per-byte rounded up to ensure later round-downs
117         /// don't put us below 1 satoshi-per-byte).
118         ///
119         /// This translates to:
120         ///  * satoshis-per-byte * 250
121         ///  * ceil(satoshis-per-kbyte / 4)
122         fn get_est_sat_per_1000_weight(&self, confirmation_target: ConfirmationTarget) -> u64;
123 }
124
125 /// Minimum relay fee as required by bitcoin network mempool policy.
126 pub const MIN_RELAY_FEE_SAT_PER_1000_WEIGHT: u64 = 4000;
127
128 /// Utility for tracking registered txn/outpoints and checking for matches
129 pub struct ChainWatchedUtil {
130         watch_all: bool,
131
132         // We are more conservative in matching during testing to ensure everything matches *exactly*,
133         // even though during normal runtime we take more optimized match approaches...
134         #[cfg(test)]
135         watched_txn: HashSet<(Sha256dHash, Script)>,
136         #[cfg(not(test))]
137         watched_txn: HashSet<Script>,
138
139         watched_outpoints: HashSet<(Sha256dHash, u32)>,
140 }
141
142 impl ChainWatchedUtil {
143         /// Constructs an empty (watches nothing) ChainWatchedUtil
144         pub fn new() -> Self {
145                 Self {
146                         watch_all: false,
147                         watched_txn: HashSet::new(),
148                         watched_outpoints: HashSet::new(),
149                 }
150         }
151
152         /// Registers a tx for monitoring, returning true if it was a new tx and false if we'd already
153         /// been watching for it.
154         pub fn register_tx(&mut self, txid: &Sha256dHash, script_pub_key: &Script) -> bool {
155                 if self.watch_all { return false; }
156                 #[cfg(test)]
157                 {
158                         self.watched_txn.insert((txid.clone(), script_pub_key.clone()))
159                 }
160                 #[cfg(not(test))]
161                 {
162                         let _tx_unused = txid; // It's used in cfg(test), though
163                         self.watched_txn.insert(script_pub_key.clone())
164                 }
165         }
166
167         /// Registers an outpoint for monitoring, returning true if it was a new outpoint and false if
168         /// we'd already been watching for it
169         pub fn register_outpoint(&mut self, outpoint: (Sha256dHash, u32), _script_pub_key: &Script) -> bool {
170                 if self.watch_all { return false; }
171                 self.watched_outpoints.insert(outpoint)
172         }
173
174         /// Sets us to match all transactions, returning true if this is a new setting and false if
175         /// we'd already been set to match everything.
176         pub fn watch_all(&mut self) -> bool {
177                 if self.watch_all { return false; }
178                 self.watch_all = true;
179                 true
180         }
181
182         /// Checks if a given transaction matches the current filter.
183         pub fn does_match_tx(&self, tx: &Transaction) -> bool {
184                 if self.watch_all {
185                         return true;
186                 }
187                 for out in tx.output.iter() {
188                         #[cfg(test)]
189                         for &(ref txid, ref script) in self.watched_txn.iter() {
190                                 if *script == out.script_pubkey {
191                                         if tx.txid() == *txid {
192                                                 return true;
193                                         }
194                                 }
195                         }
196                         #[cfg(not(test))]
197                         for script in self.watched_txn.iter() {
198                                 if *script == out.script_pubkey {
199                                         return true;
200                                 }
201                         }
202                 }
203                 for input in tx.input.iter() {
204                         for outpoint in self.watched_outpoints.iter() {
205                                 let &(outpoint_hash, outpoint_index) = outpoint;
206                                 if outpoint_hash == input.previous_output.txid && outpoint_index == input.previous_output.vout {
207                                         return true;
208                                 }
209                         }
210                 }
211                 false
212         }
213 }
214
215 /// BlockNotifierArc is useful when you need a BlockNotifier that points to ChainListeners with
216 /// static lifetimes, e.g. when you're using lightning-net-tokio (since tokio::spawn requires
217 /// parameters with static lifetimes). Other times you can afford a reference, which is more
218 /// efficient, in which case BlockNotifierRef is a more appropriate type. Defining these type
219 /// aliases prevents issues such as overly long function definitions.
220 pub type BlockNotifierArc = Arc<BlockNotifier<'static, Arc<ChainListener>>>;
221
222 /// BlockNotifierRef is useful when you want a BlockNotifier that points to ChainListeners
223 /// with nonstatic lifetimes. This is useful for when static lifetimes are not needed. Nonstatic
224 /// lifetimes are more efficient but less flexible, and should be used by default unless static
225 /// lifetimes are required, e.g. when you're using lightning-net-tokio (since tokio::spawn
226 /// requires parameters with static lifetimes), in which case BlockNotifierArc is a more
227 /// appropriate type. Defining these type aliases for common usages prevents issues such as
228 /// overly long function definitions.
229 pub type BlockNotifierRef<'a> = BlockNotifier<'a, &'a ChainListener>;
230
231 /// Utility for notifying listeners about new blocks, and handling block rescans if new watch
232 /// data is registered.
233 ///
234 /// Rather than using a plain BlockNotifier, it is preferable to use either a BlockNotifierArc
235 /// or a BlockNotifierRef for conciseness. See their documentation for more details, but essentially
236 /// you should default to using a BlockNotifierRef, and use a BlockNotifierArc instead when you
237 /// require ChainListeners with static lifetimes, such as when you're using lightning-net-tokio.
238 pub struct BlockNotifier<'a, CL: Deref<Target = ChainListener + 'a> + 'a> {
239         listeners: Mutex<Vec<CL>>,
240         chain_monitor: Arc<ChainWatchInterface>,
241         phantom: PhantomData<&'a ()>,
242 }
243
244 impl<'a, CL: Deref<Target = ChainListener + 'a> + 'a> BlockNotifier<'a, CL> {
245         /// Constructs a new BlockNotifier without any listeners.
246         pub fn new(chain_monitor: Arc<ChainWatchInterface>) -> BlockNotifier<'a, CL> {
247                 BlockNotifier {
248                         listeners: Mutex::new(Vec::new()),
249                         chain_monitor,
250                         phantom: PhantomData,
251                 }
252         }
253
254         /// Register the given listener to receive events.
255         // TODO: unregister
256         pub fn register_listener(&self, listener: CL) {
257                 let mut vec = self.listeners.lock().unwrap();
258                 vec.push(listener);
259         }
260
261         /// Notify listeners that a block was connected given a full, unfiltered block.
262         ///
263         /// Handles re-scanning the block and calling block_connected again if listeners register new
264         /// watch data during the callbacks for you (see ChainListener::block_connected for more info).
265         pub fn block_connected<'b>(&self, block: &'b Block, height: u32) {
266                 let mut reentered = true;
267                 while reentered {
268                         let (matched, matched_index) = self.chain_monitor.filter_block(block);
269                         reentered = self.block_connected_checked(&block.header, height, matched.as_slice(), matched_index.as_slice());
270                 }
271         }
272
273         /// Notify listeners that a block was connected, given pre-filtered list of transactions in the
274         /// block which matched the filter (probably using does_match_tx).
275         ///
276         /// Returns true if notified listeners registered additional watch data (implying that the
277         /// block must be re-scanned and this function called again prior to further block_connected
278         /// calls, see ChainListener::block_connected for more info).
279         pub fn block_connected_checked(&self, header: &BlockHeader, height: u32, txn_matched: &[&Transaction], indexes_of_txn_matched: &[u32]) -> bool {
280                 let last_seen = self.chain_monitor.reentered();
281
282                 let listeners = self.listeners.lock().unwrap();
283                 for listener in listeners.iter() {
284                         listener.block_connected(header, height, txn_matched, indexes_of_txn_matched);
285                 }
286                 return last_seen != self.chain_monitor.reentered();
287         }
288
289         /// Notify listeners that a block was disconnected.
290         pub fn block_disconnected(&self, header: &BlockHeader, disconnected_height: u32) {
291                 let listeners = self.listeners.lock().unwrap();
292                 for listener in listeners.iter() {
293                         listener.block_disconnected(&header, disconnected_height);
294                 }
295         }
296 }
297
298 /// Utility to capture some common parts of ChainWatchInterface implementors.
299 ///
300 /// Keeping a local copy of this in a ChainWatchInterface implementor is likely useful.
301 pub struct ChainWatchInterfaceUtil {
302         network: Network,
303         watched: Mutex<ChainWatchedUtil>,
304         reentered: AtomicUsize,
305         logger: Arc<Logger>,
306 }
307
308 /// Register listener
309 impl ChainWatchInterface for ChainWatchInterfaceUtil {
310         fn install_watch_tx(&self, txid: &Sha256dHash, script_pub_key: &Script) {
311                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
312                 if watched.register_tx(txid, script_pub_key) {
313                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
314                 }
315         }
316
317         fn install_watch_outpoint(&self, outpoint: (Sha256dHash, u32), out_script: &Script) {
318                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
319                 if watched.register_outpoint(outpoint, out_script) {
320                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
321                 }
322         }
323
324         fn watch_all_txn(&self) {
325                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
326                 if watched.watch_all() {
327                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
328                 }
329         }
330
331         fn get_chain_utxo(&self, genesis_hash: Sha256dHash, _unspent_tx_output_identifier: u64) -> Result<(Script, u64), ChainError> {
332                 if genesis_hash != genesis_block(self.network).header.bitcoin_hash() {
333                         return Err(ChainError::NotWatched);
334                 }
335                 Err(ChainError::NotSupported)
336         }
337
338         fn filter_block<'a>(&self, block: &'a Block) -> (Vec<&'a Transaction>, Vec<u32>) {
339                 let mut matched = Vec::new();
340                 let mut matched_index = Vec::new();
341                 {
342                         let watched = self.watched.lock().unwrap();
343                         for (index, transaction) in block.txdata.iter().enumerate() {
344                                 if self.does_match_tx_unguarded(transaction, &watched) {
345                                         matched.push(transaction);
346                                         matched_index.push(index as u32);
347                                 }
348                         }
349                 }
350                 (matched, matched_index)
351         }
352
353         fn reentered(&self) -> usize {
354                 self.reentered.load(Ordering::Relaxed)
355         }
356 }
357
358 impl ChainWatchInterfaceUtil {
359         /// Creates a new ChainWatchInterfaceUtil for the given network
360         pub fn new(network: Network, logger: Arc<Logger>) -> ChainWatchInterfaceUtil {
361                 ChainWatchInterfaceUtil {
362                         network: network,
363                         watched: Mutex::new(ChainWatchedUtil::new()),
364                         reentered: AtomicUsize::new(1),
365                         logger: logger,
366                 }
367         }
368
369         /// Checks if a given transaction matches the current filter.
370         pub fn does_match_tx(&self, tx: &Transaction) -> bool {
371                 let watched = self.watched.lock().unwrap();
372                 self.does_match_tx_unguarded (tx, &watched)
373         }
374
375         fn does_match_tx_unguarded(&self, tx: &Transaction, watched: &MutexGuard<ChainWatchedUtil>) -> bool {
376                 watched.does_match_tx(tx)
377         }
378 }