Adopting new bitcoin hash types and crate version
[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::network::constants::Network;
13 use bitcoin::hash_types::{Txid, BlockHash};
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 use std::ptr;
23
24 /// Used to give chain error details upstream
25 #[derive(Clone)]
26 pub enum ChainError {
27         /// Client doesn't support UTXO lookup (but the chain hash matches our genesis block hash)
28         NotSupported,
29         /// Chain isn't the one watched
30         NotWatched,
31         /// Tx doesn't exist or is unconfirmed
32         UnknownTx,
33 }
34
35 /// An interface to request notification of certain scripts as they appear the
36 /// chain.
37 ///
38 /// Note that all of the functions implemented here *must* be reentrant-safe (obviously - they're
39 /// called from inside the library in response to ChainListener events, P2P events, or timer
40 /// events).
41 pub trait ChainWatchInterface: Sync + Send {
42         /// Provides a txid/random-scriptPubKey-in-the-tx which much be watched for.
43         fn install_watch_tx(&self, txid: &Txid, script_pub_key: &Script);
44
45         /// Provides an outpoint which must be watched for, providing any transactions which spend the
46         /// given outpoint.
47         fn install_watch_outpoint(&self, outpoint: (Txid, u32), out_script: &Script);
48
49         /// Indicates that a listener needs to see all transactions.
50         fn watch_all_txn(&self);
51
52         /// Gets the script and value in satoshis for a given unspent transaction output given a
53         /// short_channel_id (aka unspent_tx_output_identier). For BTC/tBTC channels the top three
54         /// bytes are the block height, the next 3 the transaction index within the block, and the
55         /// final two the output within the transaction.
56         fn get_chain_utxo(&self, genesis_hash: BlockHash, unspent_tx_output_identifier: u64) -> Result<(Script, u64), ChainError>;
57
58         /// Gets the list of transactions and transaction indices that the ChainWatchInterface is
59         /// watching for.
60         fn filter_block<'a>(&self, block: &'a Block) -> (Vec<&'a Transaction>, Vec<u32>);
61
62         /// Returns a usize that changes when the ChainWatchInterface's watched data is modified.
63         /// Users of `filter_block` should pre-save a copy of `reentered`'s return value and use it to
64         /// determine whether they need to re-filter a given block.
65         fn reentered(&self) -> usize;
66 }
67
68 /// An interface to send a transaction to the Bitcoin network.
69 pub trait BroadcasterInterface: Sync + Send {
70         /// Sends a transaction out to (hopefully) be mined.
71         fn broadcast_transaction(&self, tx: &Transaction);
72 }
73
74 /// A trait indicating a desire to listen for events from the chain
75 pub trait ChainListener: Sync + Send {
76         /// Notifies a listener that a block was connected.
77         ///
78         /// The txn_matched array should be set to references to transactions which matched the
79         /// relevant installed watch outpoints/txn, or the full set of transactions in the block.
80         ///
81         /// Note that if txn_matched includes only matched transactions, and a new
82         /// transaction/outpoint is watched during a block_connected call, the block *must* be
83         /// re-scanned with the new transaction/outpoints and block_connected should be called
84         /// again with the same header and (at least) the new transactions.
85         ///
86         /// Note that if non-new transaction/outpoints are be registered during a call, a second call
87         /// *must not* happen.
88         ///
89         /// This also means those counting confirmations using block_connected callbacks should watch
90         /// for duplicate headers and not count them towards confirmations!
91         fn block_connected(&self, header: &BlockHeader, height: u32, txn_matched: &[&Transaction], indexes_of_txn_matched: &[u32]);
92         /// Notifies a listener that a block was disconnected.
93         /// Unlike block_connected, this *must* never be called twice for the same disconnect event.
94         /// Height must be the one of the block which was disconnected (not new height of the best chain)
95         fn block_disconnected(&self, header: &BlockHeader, disconnected_height: u32);
96 }
97
98 /// An enum that represents the speed at which we want a transaction to confirm used for feerate
99 /// estimation.
100 pub enum ConfirmationTarget {
101         /// We are happy with this transaction confirming slowly when feerate drops some.
102         Background,
103         /// We'd like this transaction to confirm without major delay, but 12-18 blocks is fine.
104         Normal,
105         /// We'd like this transaction to confirm in the next few blocks.
106         HighPriority,
107 }
108
109 /// A trait which should be implemented to provide feerate information on a number of time
110 /// horizons.
111 ///
112 /// Note that all of the functions implemented here *must* be reentrant-safe (obviously - they're
113 /// called from inside the library in response to ChainListener events, P2P events, or timer
114 /// events).
115 pub trait FeeEstimator: Sync + Send {
116         /// Gets estimated satoshis of fee required per 1000 Weight-Units.
117         ///
118         /// Must be no smaller than 253 (ie 1 satoshi-per-byte rounded up to ensure later round-downs
119         /// don't put us below 1 satoshi-per-byte).
120         ///
121         /// This translates to:
122         ///  * satoshis-per-byte * 250
123         ///  * ceil(satoshis-per-kbyte / 4)
124         fn get_est_sat_per_1000_weight(&self, confirmation_target: ConfirmationTarget) -> u64;
125 }
126
127 /// Minimum relay fee as required by bitcoin network mempool policy.
128 pub const MIN_RELAY_FEE_SAT_PER_1000_WEIGHT: u64 = 4000;
129
130 /// Utility for tracking registered txn/outpoints and checking for matches
131 #[cfg_attr(test, derive(PartialEq))]
132 pub struct ChainWatchedUtil {
133         watch_all: bool,
134
135         // We are more conservative in matching during testing to ensure everything matches *exactly*,
136         // even though during normal runtime we take more optimized match approaches...
137         #[cfg(test)]
138         watched_txn: HashSet<(Txid, Script)>,
139         #[cfg(not(test))]
140         watched_txn: HashSet<Script>,
141
142         watched_outpoints: HashSet<(Txid, u32)>,
143 }
144
145 impl ChainWatchedUtil {
146         /// Constructs an empty (watches nothing) ChainWatchedUtil
147         pub fn new() -> Self {
148                 Self {
149                         watch_all: false,
150                         watched_txn: HashSet::new(),
151                         watched_outpoints: HashSet::new(),
152                 }
153         }
154
155         /// Registers a tx for monitoring, returning true if it was a new tx and false if we'd already
156         /// been watching for it.
157         pub fn register_tx(&mut self, txid: &Txid, script_pub_key: &Script) -> bool {
158                 if self.watch_all { return false; }
159                 #[cfg(test)]
160                 {
161                         self.watched_txn.insert((txid.clone(), script_pub_key.clone()))
162                 }
163                 #[cfg(not(test))]
164                 {
165                         let _tx_unused = txid; // It's used in cfg(test), though
166                         self.watched_txn.insert(script_pub_key.clone())
167                 }
168         }
169
170         /// Registers an outpoint for monitoring, returning true if it was a new outpoint and false if
171         /// we'd already been watching for it
172         pub fn register_outpoint(&mut self, outpoint: (Txid, u32), _script_pub_key: &Script) -> bool {
173                 if self.watch_all { return false; }
174                 self.watched_outpoints.insert(outpoint)
175         }
176
177         /// Sets us to match all transactions, returning true if this is a new setting and false if
178         /// we'd already been set to match everything.
179         pub fn watch_all(&mut self) -> bool {
180                 if self.watch_all { return false; }
181                 self.watch_all = true;
182                 true
183         }
184
185         /// Checks if a given transaction matches the current filter.
186         pub fn does_match_tx(&self, tx: &Transaction) -> bool {
187                 if self.watch_all {
188                         return true;
189                 }
190                 for out in tx.output.iter() {
191                         #[cfg(test)]
192                         for &(ref txid, ref script) in self.watched_txn.iter() {
193                                 if *script == out.script_pubkey {
194                                         if tx.txid() == *txid {
195                                                 return true;
196                                         }
197                                 }
198                         }
199                         #[cfg(not(test))]
200                         for script in self.watched_txn.iter() {
201                                 if *script == out.script_pubkey {
202                                         return true;
203                                 }
204                         }
205                 }
206                 for input in tx.input.iter() {
207                         for outpoint in self.watched_outpoints.iter() {
208                                 let &(outpoint_hash, outpoint_index) = outpoint;
209                                 if outpoint_hash == input.previous_output.txid && outpoint_index == input.previous_output.vout {
210                                         return true;
211                                 }
212                         }
213                 }
214                 false
215         }
216 }
217
218 /// BlockNotifierArc is useful when you need a BlockNotifier that points to ChainListeners with
219 /// static lifetimes, e.g. when you're using lightning-net-tokio (since tokio::spawn requires
220 /// parameters with static lifetimes). Other times you can afford a reference, which is more
221 /// efficient, in which case BlockNotifierRef is a more appropriate type. Defining these type
222 /// aliases prevents issues such as overly long function definitions.
223 pub type BlockNotifierArc = Arc<BlockNotifier<'static, Arc<ChainListener>>>;
224
225 /// BlockNotifierRef is useful when you want a BlockNotifier that points to ChainListeners
226 /// with nonstatic lifetimes. This is useful for when static lifetimes are not needed. Nonstatic
227 /// lifetimes are more efficient but less flexible, and should be used by default unless static
228 /// lifetimes are required, e.g. when you're using lightning-net-tokio (since tokio::spawn
229 /// requires parameters with static lifetimes), in which case BlockNotifierArc is a more
230 /// appropriate type. Defining these type aliases for common usages prevents issues such as
231 /// overly long function definitions.
232 pub type BlockNotifierRef<'a> = BlockNotifier<'a, &'a ChainListener>;
233
234 /// Utility for notifying listeners about new blocks, and handling block rescans if new watch
235 /// data is registered.
236 ///
237 /// Rather than using a plain BlockNotifier, it is preferable to use either a BlockNotifierArc
238 /// or a BlockNotifierRef for conciseness. See their documentation for more details, but essentially
239 /// you should default to using a BlockNotifierRef, and use a BlockNotifierArc instead when you
240 /// require ChainListeners with static lifetimes, such as when you're using lightning-net-tokio.
241 pub struct BlockNotifier<'a, CL: Deref<Target = ChainListener + 'a> + 'a> {
242         listeners: Mutex<Vec<CL>>,
243         chain_monitor: Arc<ChainWatchInterface>,
244         phantom: PhantomData<&'a ()>,
245 }
246
247 impl<'a, CL: Deref<Target = ChainListener + 'a> + 'a> BlockNotifier<'a, CL> {
248         /// Constructs a new BlockNotifier without any listeners.
249         pub fn new(chain_monitor: Arc<ChainWatchInterface>) -> BlockNotifier<'a, CL> {
250                 BlockNotifier {
251                         listeners: Mutex::new(Vec::new()),
252                         chain_monitor,
253                         phantom: PhantomData,
254                 }
255         }
256
257         /// Register the given listener to receive events.
258         pub fn register_listener(&self, listener: CL) {
259                 let mut vec = self.listeners.lock().unwrap();
260                 vec.push(listener);
261         }
262         /// Unregister the given listener to no longer
263         /// receive events.
264         ///
265         /// If the same listener is registered multiple times, unregistering
266         /// will remove ALL occurrences of that listener. Comparison is done using
267         /// the pointer returned by the Deref trait implementation.
268         pub fn unregister_listener(&self, listener: CL) {
269                 let mut vec = self.listeners.lock().unwrap();
270                 // item is a ref to an abstract thing that dereferences to a ChainListener,
271                 // so dereference it twice to get the ChainListener itself
272                 vec.retain(|item | !ptr::eq(&(**item), &(*listener)));
273         }
274
275         /// Notify listeners that a block was connected given a full, unfiltered block.
276         ///
277         /// Handles re-scanning the block and calling block_connected again if listeners register new
278         /// watch data during the callbacks for you (see ChainListener::block_connected for more info).
279         pub fn block_connected<'b>(&self, block: &'b Block, height: u32) {
280                 let mut reentered = true;
281                 while reentered {
282                         let (matched, matched_index) = self.chain_monitor.filter_block(block);
283                         reentered = self.block_connected_checked(&block.header, height, matched.as_slice(), matched_index.as_slice());
284                 }
285         }
286
287         /// Notify listeners that a block was connected, given pre-filtered list of transactions in the
288         /// block which matched the filter (probably using does_match_tx).
289         ///
290         /// Returns true if notified listeners registered additional watch data (implying that the
291         /// block must be re-scanned and this function called again prior to further block_connected
292         /// calls, see ChainListener::block_connected for more info).
293         pub fn block_connected_checked(&self, header: &BlockHeader, height: u32, txn_matched: &[&Transaction], indexes_of_txn_matched: &[u32]) -> bool {
294                 let last_seen = self.chain_monitor.reentered();
295
296                 let listeners = self.listeners.lock().unwrap();
297                 for listener in listeners.iter() {
298                         listener.block_connected(header, height, txn_matched, indexes_of_txn_matched);
299                 }
300                 return last_seen != self.chain_monitor.reentered();
301         }
302
303         /// Notify listeners that a block was disconnected.
304         pub fn block_disconnected(&self, header: &BlockHeader, disconnected_height: u32) {
305                 let listeners = self.listeners.lock().unwrap();
306                 for listener in listeners.iter() {
307                         listener.block_disconnected(&header, disconnected_height);
308                 }
309         }
310 }
311
312 /// Utility to capture some common parts of ChainWatchInterface implementors.
313 ///
314 /// Keeping a local copy of this in a ChainWatchInterface implementor is likely useful.
315 pub struct ChainWatchInterfaceUtil {
316         network: Network,
317         watched: Mutex<ChainWatchedUtil>,
318         reentered: AtomicUsize,
319         logger: Arc<Logger>,
320 }
321
322 // We only expose PartialEq in test since its somewhat unclear exactly what it should do and we're
323 // only comparing a subset of fields (essentially just checking that the set of things we're
324 // watching is the same).
325 #[cfg(test)]
326 impl PartialEq for ChainWatchInterfaceUtil {
327         fn eq(&self, o: &Self) -> bool {
328                 self.network == o.network &&
329                 *self.watched.lock().unwrap() == *o.watched.lock().unwrap()
330         }
331 }
332
333 /// Register listener
334 impl ChainWatchInterface for ChainWatchInterfaceUtil {
335         fn install_watch_tx(&self, txid: &Txid, script_pub_key: &Script) {
336                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
337                 if watched.register_tx(txid, script_pub_key) {
338                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
339                 }
340         }
341
342         fn install_watch_outpoint(&self, outpoint: (Txid, u32), out_script: &Script) {
343                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
344                 if watched.register_outpoint(outpoint, out_script) {
345                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
346                 }
347         }
348
349         fn watch_all_txn(&self) {
350                 let mut watched = self.watched.lock().unwrap();
351                 if watched.watch_all() {
352                         self.reentered.fetch_add(1, Ordering::Relaxed);
353                 }
354         }
355
356         fn get_chain_utxo(&self, genesis_hash: BlockHash, _unspent_tx_output_identifier: u64) -> Result<(Script, u64), ChainError> {
357                 if genesis_hash != genesis_block(self.network).header.bitcoin_hash() {
358                         return Err(ChainError::NotWatched);
359                 }
360                 Err(ChainError::NotSupported)
361         }
362
363         fn filter_block<'a>(&self, block: &'a Block) -> (Vec<&'a Transaction>, Vec<u32>) {
364                 let mut matched = Vec::new();
365                 let mut matched_index = Vec::new();
366                 {
367                         let watched = self.watched.lock().unwrap();
368                         for (index, transaction) in block.txdata.iter().enumerate() {
369                                 if self.does_match_tx_unguarded(transaction, &watched) {
370                                         matched.push(transaction);
371                                         matched_index.push(index as u32);
372                                 }
373                         }
374                 }
375                 (matched, matched_index)
376         }
377
378         fn reentered(&self) -> usize {
379                 self.reentered.load(Ordering::Relaxed)
380         }
381 }
382
383 impl ChainWatchInterfaceUtil {
384         /// Creates a new ChainWatchInterfaceUtil for the given network
385         pub fn new(network: Network, logger: Arc<Logger>) -> ChainWatchInterfaceUtil {
386                 ChainWatchInterfaceUtil {
387                         network: network,
388                         watched: Mutex::new(ChainWatchedUtil::new()),
389                         reentered: AtomicUsize::new(1),
390                         logger: logger,
391                 }
392         }
393
394         /// Checks if a given transaction matches the current filter.
395         pub fn does_match_tx(&self, tx: &Transaction) -> bool {
396                 let watched = self.watched.lock().unwrap();
397                 self.does_match_tx_unguarded (tx, &watched)
398         }
399
400         fn does_match_tx_unguarded(&self, tx: &Transaction, watched: &MutexGuard<ChainWatchedUtil>) -> bool {
401                 watched.does_match_tx(tx)
402         }
403 }
404
405 #[cfg(test)]
406 mod tests {
407         use ln::functional_test_utils::{create_chanmon_cfgs, create_node_cfgs};
408         use super::{BlockNotifier, ChainListener};
409         use std::ptr;
410
411         #[test]
412         fn register_listener_test() {
413                 let chanmon_cfgs = create_chanmon_cfgs(1);
414                 let node_cfgs = create_node_cfgs(1, &chanmon_cfgs);
415                 let block_notifier = BlockNotifier::new(node_cfgs[0].chain_monitor.clone());
416                 assert_eq!(block_notifier.listeners.lock().unwrap().len(), 0);
417                 let listener = &node_cfgs[0].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener;
418                 block_notifier.register_listener(listener);
419                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
420                 assert_eq!(vec.len(), 1);
421                 let item = vec.first().clone().unwrap();
422                 assert!(ptr::eq(&(**item), &(*listener)));
423         }
424
425         #[test]
426         fn unregister_single_listener_test() {
427                 let chanmon_cfgs = create_chanmon_cfgs(2);
428                 let node_cfgs = create_node_cfgs(2, &chanmon_cfgs);
429                 let block_notifier = BlockNotifier::new(node_cfgs[0].chain_monitor.clone());
430                 let listener1 = &node_cfgs[0].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener;
431                 let listener2 = &node_cfgs[1].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener;
432                 block_notifier.register_listener(listener1);
433                 block_notifier.register_listener(listener2);
434                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
435                 assert_eq!(vec.len(), 2);
436                 drop(vec);
437                 block_notifier.unregister_listener(listener1);
438                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
439                 assert_eq!(vec.len(), 1);
440                 let item = vec.first().clone().unwrap();
441                 assert!(ptr::eq(&(**item), &(*listener2)));
442         }
443
444         #[test]
445         fn unregister_single_listener_ref_test() {
446                 let chanmon_cfgs = create_chanmon_cfgs(2);
447                 let node_cfgs = create_node_cfgs(2, &chanmon_cfgs);
448                 let block_notifier = BlockNotifier::new(node_cfgs[0].chain_monitor.clone());
449                 block_notifier.register_listener(&node_cfgs[0].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener);
450                 block_notifier.register_listener(&node_cfgs[1].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener);
451                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
452                 assert_eq!(vec.len(), 2);
453                 drop(vec);
454                 block_notifier.unregister_listener(&node_cfgs[0].chan_monitor.simple_monitor);
455                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
456                 assert_eq!(vec.len(), 1);
457                 let item = vec.first().clone().unwrap();
458                 assert!(ptr::eq(&(**item), &(*&node_cfgs[1].chan_monitor.simple_monitor)));
459         }
460
461         #[test]
462         fn unregister_multiple_of_the_same_listeners_test() {
463                 let chanmon_cfgs = create_chanmon_cfgs(2);
464                 let node_cfgs = create_node_cfgs(2, &chanmon_cfgs);
465                 let block_notifier = BlockNotifier::new(node_cfgs[0].chain_monitor.clone());
466                 let listener1 = &node_cfgs[0].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener;
467                 let listener2 = &node_cfgs[1].chan_monitor.simple_monitor as &ChainListener;
468                 block_notifier.register_listener(listener1);
469                 block_notifier.register_listener(listener1);
470                 block_notifier.register_listener(listener2);
471                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
472                 assert_eq!(vec.len(), 3);
473                 drop(vec);
474                 block_notifier.unregister_listener(listener1);
475                 let vec = block_notifier.listeners.lock().unwrap();
476                 assert_eq!(vec.len(), 1);
477                 let item = vec.first().clone().unwrap();
478                 assert!(ptr::eq(&(**item), &(*listener2)));
479         }
480 }