p2pool/bitcoin/data.py

   1 from __future__ import division
   2
   3 import hashlib
   4 import struct
   5
   6 from . import base58
   7 from p2pool.util import bases, math, expiring_dict, memoize, dicts
   8 import p2pool
   9
  10 class EarlyEnd(Exception):
  11     pass
  12
  13 class LateEnd(Exception):
  14     pass
  15
  16 def read((data, pos), length):
  17     data2 = data[pos:pos + length]
  18     if len(data2) != length:
  19         raise EarlyEnd()
  20     return data2, (data, pos + length)
  21
  22 def size((data, pos)):
  23     return len(data) - pos
  24
  25 class Type(object):
  26     # the same data can have only one unpacked representation, but multiple packed binary representations
  27
  28     def __hash__(self):
  29         rval = getattr(self, '_hash', None)
  30         if rval is None:
  31             try:
  32                 rval = self._hash = hash((type(self), frozenset(self.__dict__.items())))
  33             except:
  34                 print self.__dict__
  35                 raise
  36         return rval
  37
  38     def __eq__(self, other):
  39         return type(other) is type(self) and other.__dict__ == self.__dict__
  40
  41     def __ne__(self, other):
  42         return not (self == other)
  43
  44     def _unpack(self, data):
  45         obj, (data2, pos) = self.read((data, 0))
  46
  47         assert data2 is data
  48
  49         if pos != len(data):
  50             raise LateEnd()
  51
  52         return obj
  53
  54     def _pack(self, obj):
  55         f = self.write(None, obj)
  56
  57         res = []
  58         while f is not None:
  59             res.append(f[1])
  60             f = f[0]
  61         res.reverse()
  62         return ''.join(res)
  63
  64
  65     def unpack(self, data):
  66         obj = self._unpack(data)
  67
  68         if p2pool.DEBUG:
  69             data2 = self._pack(obj)
  70             if data2 != data:
  71                 if self._unpack(data2) != obj:
  72                     raise AssertionError()
  73
  74         return obj
  75
  76     def pack2(self, obj):
  77         data = self._pack(obj)
  78
  79         if p2pool.DEBUG:
  80             if self._unpack(data) != obj:
  81                 raise AssertionError((self._unpack(data), obj))
  82
  83         return data
  84
  85     _backing = expiring_dict.ExpiringDict(100)
  86     pack2 = memoize.memoize_with_backing(_backing, [unpack])(pack2)
  87     unpack = memoize.memoize_with_backing(_backing)(unpack) # doesn't have an inverse
  88
  89     def pack(self, obj):
  90         return self.pack2(dicts.immutify(obj))
  91
  92
  93     def pack_base58(self, obj):
  94         return base58.base58_encode(self.pack(obj))
  95
  96     def unpack_base58(self, base58_data):
  97         return self.unpack(base58.base58_decode(base58_data))
  98
  99
 100     def hash160(self, obj):
 101         return ShortHashType().unpack(hashlib.new('ripemd160', hashlib.sha256(self.pack(obj)).digest()).digest())
 102
 103     def hash256(self, obj):
 104         return HashType().unpack(hashlib.sha256(hashlib.sha256(self.pack(obj)).digest()).digest())
 105
 106     def scrypt(self, obj):
 107         import ltc_scrypt
 108         return HashType().unpack(ltc_scrypt.getPoWHash(self.pack(obj)))
 109
 110 class VarIntType(Type):
 111     # redundancy doesn't matter here because bitcoin and p2pool both reencode before hashing
 112     def read(self, file):
 113         data, file = read(file, 1)
 114         first = ord(data)
 115         if first < 0xfd:
 116             return first, file
 117         elif first == 0xfd:
 118             desc, length = '<H', 2
 119         elif first == 0xfe:
 120             desc, length = '<I', 4
 121         elif first == 0xff:
 122             desc, length = '<Q', 8
 123         else:
 124             raise AssertionError()
 125         data, file = read(file, length)
 126         return struct.unpack(desc, data)[0], file
 127
 128     def write(self, file, item):
 129         if item < 0xfd:
 130             file = file, struct.pack('<B', item)
 131         elif item <= 0xffff:
 132             file = file, struct.pack('<BH', 0xfd, item)
 133         elif item <= 0xffffffff:
 134             file = file, struct.pack('<BI', 0xfe, item)
 135         elif item <= 0xffffffffffffffff:
 136             file = file, struct.pack('<BQ', 0xff, item)
 137         else:
 138             raise ValueError('int too large for varint')
 139         return file
 140
 141 class VarStrType(Type):
 142     _inner_size = VarIntType()
 143
 144     def read(self, file):
 145         length, file = self._inner_size.read(file)
 146         return read(file, length)
 147
 148     def write(self, file, item):
 149         return self._inner_size.write(file, len(item)), item
 150
 151 class FixedStrType(Type):
 152     def __init__(self, length):
 153         self.length = length
 154
 155     def read(self, file):
 156         return read(file, self.length)
 157
 158     def write(self, file, item):
 159         if len(item) != self.length:
 160             raise ValueError('incorrect length item!')
 161         return file, item
 162
 163 class EnumType(Type):
 164     def __init__(self, inner, values):
 165         self.inner = inner
 166         self.values = dicts.frozendict(values)
 167
 168         keys = {}
 169         for k, v in values.iteritems():
 170             if v in keys:
 171                 raise ValueError('duplicate value in values')
 172             keys[v] = k
 173         self.keys = dicts.frozendict(keys)
 174
 175     def read(self, file):
 176         data, file = self.inner.read(file)
 177         if data not in self.keys:
 178             raise ValueError('enum data (%r) not in values (%r)' % (data, self.values))
 179         return self.keys[data], file
 180
 181     def write(self, file, item):
 182         if item not in self.values:
 183             raise ValueError('enum item (%r) not in values (%r)' % (item, self.values))
 184         return self.inner.write(file, self.values[item])
 185
 186 class HashType(Type):
 187     def read(self, file):
 188         data, file = read(file, 256//8)
 189         return int(data[::-1].encode('hex'), 16), file
 190
 191     def write(self, file, item):
 192         if not 0 <= item < 2**256:
 193             raise ValueError('invalid hash value - %r' % (item,))
 194         if item != 0 and item < 2**160:
 195             print 'Very low hash value - maybe you meant to use ShortHashType? %x' % (item,)
 196         return file, ('%064x' % (item,)).decode('hex')[::-1]
 197
 198 class ShortHashType(Type):
 199     def read(self, file):
 200         data, file = read(file, 160//8)
 201         return int(data[::-1].encode('hex'), 16), file
 202
 203     def write(self, file, item):
 204         if not 0 <= item < 2**160:
 205             raise ValueError('invalid hash value - %r' % (item,))
 206         return file, ('%040x' % (item,)).decode('hex')[::-1]
 207
 208 class ListType(Type):
 209     _inner_size = VarIntType()
 210
 211     def __init__(self, type):
 212         self.type = type
 213
 214     def read(self, file):
 215         length, file = self._inner_size.read(file)
 216         res = []
 217         for i in xrange(length):
 218             item, file = self.type.read(file)
 219             res.append(item)
 220         return res, file
 221
 222     def write(self, file, item):
 223         file = self._inner_size.write(file, len(item))
 224         for subitem in item:
 225             file = self.type.write(file, subitem)
 226         return file
 227
 228 class StructType(Type):
 229     def __init__(self, desc):
 230         self.desc = desc
 231         self.length = struct.calcsize(self.desc)
 232
 233     def read(self, file):
 234         data, file = read(file, self.length)
 235         res, = struct.unpack(self.desc, data)
 236         return res, file
 237
 238     def write(self, file, item):
 239         data = struct.pack(self.desc, item)
 240         if struct.unpack(self.desc, data)[0] != item:
 241             # special test because struct doesn't error on some overflows
 242             raise ValueError('''item didn't survive pack cycle (%r)''' % (item,))
 243         return file, data
 244
 245 class IPV6AddressType(Type):
 246     def read(self, file):
 247         data, file = read(file, 16)
 248         if data[:12] != '00000000000000000000ffff'.decode('hex'):
 249             raise ValueError('ipv6 addresses not supported yet')
 250         return '.'.join(str(ord(x)) for x in data[12:]), file
 251
 252     def write(self, file, item):
 253         bits = map(int, item.split('.'))
 254         if len(bits) != 4:
 255             raise ValueError('invalid address: %r' % (bits,))
 256         data = '00000000000000000000ffff'.decode('hex') + ''.join(chr(x) for x in bits)
 257         assert len(data) == 16, len(data)
 258         return file, data
 259
 260 _record_types = {}
 261
 262 def get_record(fields):
 263     fields = tuple(sorted(fields))
 264     if 'keys' in fields:
 265         raise ValueError()
 266     if fields not in _record_types:
 267         class _Record(object):
 268             __slots__ = fields
 269             def __repr__(self):
 270                 return repr(dict(self))
 271             def __getitem__(self, key):
 272                 return getattr(self, key)
 273             def __setitem__(self, key, value):
 274                 setattr(self, key, value)
 275             #def __iter__(self):
 276             #    for field in self.__slots__:
 277             #        yield field, getattr(self, field)
 278             def keys(self):
 279                 return self.__slots__
 280             def __eq__(self, other):
 281                 if isinstance(other, dict):
 282                     return dict(self) == other
 283                 elif isinstance(other, _Record):
 284                     return all(self[k] == other[k] for k in self.keys())
 285                 raise TypeError()
 286             def __ne__(self, other):
 287                 return not (self == other)
 288         _record_types[fields] = _Record
 289     return _record_types[fields]()
 290
 291 class ComposedType(Type):
 292     def __init__(self, fields):
 293         self.fields = tuple(fields)
 294
 295     def read(self, file):
 296         item = get_record(k for k, v in self.fields)
 297         for key, type_ in self.fields:
 298             item[key], file = type_.read(file)
 299         return item, file
 300
 301     def write(self, file, item):
 302         for key, type_ in self.fields:
 303             file = type_.write(file, item[key])
 304         return file
 305
 306 class ChecksummedType(Type):
 307     def __init__(self, inner):
 308         self.inner = inner
 309
 310     def read(self, file):
 311         obj, file = self.inner.read(file)
 312         data = self.inner.pack(obj)
 313
 314         checksum, file = read(file, 4)
 315         if checksum != hashlib.sha256(hashlib.sha256(data).digest()).digest()[:4]:
 316             raise ValueError('invalid checksum')
 317
 318         return obj, file
 319
 320     def write(self, file, item):
 321         data = self.inner.pack(item)
 322         return (file, data), hashlib.sha256(hashlib.sha256(data).digest()).digest()[:4]
 323
 324 class FloatingInteger(object):
 325     __slots__ = ['_bits']
 326
 327     @classmethod
 328     def from_target_upper_bound(cls, target):
 329         n = bases.natural_to_string(target)
 330         if n and ord(n[0]) >= 128:
 331             n = '\x00' + n
 332         bits2 = (chr(len(n)) + (n + 3*chr(0))[:3])[::-1]
 333         bits = struct.unpack('<I', bits2)[0]
 334         return cls(bits)
 335
 336     def __init__(self, bits):
 337         self._bits = bits
 338
 339     @property
 340     def _value(self):
 341         return math.shift_left(self._bits & 0x00ffffff, 8 * ((self._bits >> 24) - 3))
 342
 343     def __hash__(self):
 344         return hash(self._value)
 345
 346     def __cmp__(self, other):
 347         if isinstance(other, FloatingInteger):
 348             return cmp(self._value, other._value)
 349         elif isinstance(other, (int, long)):
 350             return cmp(self._value, other)
 351         else:
 352             raise NotImplementedError(other)
 353
 354     def __int__(self):
 355         return self._value
 356
 357     def __repr__(self):
 358         return 'FloatingInteger(bits=%s (%x))' % (hex(self._bits), self)
 359
 360     def __add__(self, other):
 361         if isinstance(other, (int, long)):
 362             return self._value + other
 363         raise NotImplementedError()
 364     __radd__ = __add__
 365     def __mul__(self, other):
 366         if isinstance(other, (int, long)):
 367             return self._value * other
 368         raise NotImplementedError()
 369     __rmul__ = __mul__
 370     def __truediv__(self, other):
 371         if isinstance(other, (int, long)):
 372             return self._value / other
 373         raise NotImplementedError()
 374     def __floordiv__(self, other):
 375         if isinstance(other, (int, long)):
 376             return self._value // other
 377         raise NotImplementedError()
 378     __div__ = __truediv__
 379     def __rtruediv__(self, other):
 380         if isinstance(other, (int, long)):
 381             return other / self._value
 382         raise NotImplementedError()
 383     def __rfloordiv__(self, other):
 384         if isinstance(other, (int, long)):
 385             return other // self._value
 386         raise NotImplementedError()
 387     __rdiv__ = __rtruediv__
 388
 389 class FloatingIntegerType(Type):
 390     _inner = StructType('<I')
 391
 392     def read(self, file):
 393         bits, file = self._inner.read(file)
 394         return FloatingInteger(bits), file
 395
 396     def write(self, file, item):
 397         return self._inner.write(file, item._bits)
 398
 399 class PossiblyNoneType(Type):
 400     def __init__(self, none_value, inner):
 401         self.none_value = none_value
 402         self.inner = inner
 403
 404     def read(self, file):
 405         value, file = self.inner.read(file)
 406         return None if value == self.none_value else value, file
 407
 408     def write(self, file, item):
 409         if item == self.none_value:
 410             raise ValueError('none_value used')
 411         return self.inner.write(file, self.none_value if item is None else item)
 412
 413 address_type = ComposedType([
 414     ('services', StructType('<Q')),
 415     ('address', IPV6AddressType()),
 416     ('port', StructType('>H')),
 417 ])
 418
 419 tx_type = ComposedType([
 420     ('version', StructType('<I')),
 421     ('tx_ins', ListType(ComposedType([
 422         ('previous_output', PossiblyNoneType(dicts.frozendict(hash=0, index=2**32 - 1), ComposedType([
 423             ('hash', HashType()),
 424             ('index', StructType('<I')),
 425         ]))),
 426         ('script', VarStrType()),
 427         ('sequence', PossiblyNoneType(2**32 - 1, StructType('<I'))),
 428     ]))),
 429     ('tx_outs', ListType(ComposedType([
 430         ('value', StructType('<Q')),
 431         ('script', VarStrType()),
 432     ]))),
 433     ('lock_time', StructType('<I')),
 434 ])
 435
 436 merkle_branch_type = ListType(HashType())
 437
 438 merkle_tx_type = ComposedType([
 439     ('tx', tx_type),
 440     ('block_hash', HashType()),
 441     ('merkle_branch', merkle_branch_type),
 442     ('index', StructType('<i')),
 443 ])
 444
 445 block_header_type = ComposedType([
 446     ('version', StructType('<I')),
 447     ('previous_block', PossiblyNoneType(0, HashType())),
 448     ('merkle_root', HashType()),
 449     ('timestamp', StructType('<I')),
 450     ('target', FloatingIntegerType()),
 451     ('nonce', StructType('<I')),
 452 ])
 453
 454 block_type = ComposedType([
 455     ('header', block_header_type),
 456     ('txs', ListType(tx_type)),
 457 ])
 458
 459 aux_pow_type = ComposedType([
 460     ('merkle_tx', merkle_tx_type),
 461     ('merkle_branch', merkle_branch_type),
 462     ('index', StructType('<i')),
 463     ('parent_block_header', block_header_type),
 464 ])
 465
 466
 467 merkle_record_type = ComposedType([
 468     ('left', HashType()),
 469     ('right', HashType()),
 470 ])
 471
 472 def merkle_hash(tx_list):
 473     if not tx_list:
 474         return 0
 475     hash_list = map(tx_type.hash256, tx_list)
 476     while len(hash_list) > 1:
 477         hash_list = [merkle_record_type.hash256(dict(left=left, right=left if right is None else right))
 478             for left, right in zip(hash_list[::2], hash_list[1::2] + [None])]
 479     return hash_list[0]
 480
 481 def calculate_merkle_branch(txs, index):
 482     # XXX optimize this
 483
 484     hash_list = [(tx_type.hash256(tx), i == index, []) for i, tx in enumerate(txs)]
 485
 486     while len(hash_list) > 1:
 487         hash_list = [
 488             (
 489                 merkle_record_type.hash256(dict(left=left, right=right)),
 490                 left_f or right_f,
 491                 (left_l if left_f else right_l) + [dict(side=1, hash=right) if left_f else dict(side=0, hash=left)],
 492             )
 493             for (left, left_f, left_l), (right, right_f, right_l) in
 494                 zip(hash_list[::2], hash_list[1::2] + [hash_list[::2][-1]])
 495         ]
 496
 497     res = [x['hash'] for x in hash_list[0][2]]
 498
 499     assert hash_list[0][1]
 500     assert check_merkle_branch(txs[index], index, res) == hash_list[0][0]
 501     assert index == sum(k*2**i for i, k in enumerate([1-x['side'] for x in hash_list[0][2]]))
 502
 503     return res
 504
 505 def check_merkle_branch(tx, index, merkle_branch):
 506     return reduce(lambda c, (i, h): merkle_record_type.hash256(
 507         dict(left=h, right=c) if 2**i & index else
 508         dict(left=c, right=h)
 509     ), enumerate(merkle_branch), tx_type.hash256(tx))
 510
 511 def target_to_average_attempts(target):
 512     return 2**256//(target + 1)
 513
 514 def target_to_difficulty(target):
 515     return (0xffff0000 * 2**(256-64) + 1)/(target + 1)
 516
 517 # tx
 518
 519 def tx_get_sigop_count(tx):
 520     return sum(script.get_sigop_count(txin['script']) for txin in tx['tx_ins']) + sum(script.get_sigop_count(txout['script']) for txout in tx['tx_outs'])
 521
 522 # human addresses
 523
 524 human_address_type = ChecksummedType(ComposedType([
 525     ('version', StructType('<B')),
 526     ('pubkey_hash', ShortHashType()),
 527 ]))
 528
 529 pubkey_type = FixedStrType(65)
 530
 531 def pubkey_hash_to_address(pubkey_hash, net):
 532     return human_address_type.pack_base58(dict(version=net.BITCOIN_ADDRESS_VERSION, pubkey_hash=pubkey_hash))
 533
 534 def pubkey_to_address(pubkey, net):
 535     return pubkey_hash_to_address(pubkey_type.hash160(pubkey), net)
 536
 537 def address_to_pubkey_hash(address, net):
 538     x = human_address_type.unpack_base58(address)
 539     if x['version'] != net.BITCOIN_ADDRESS_VERSION:
 540         raise ValueError('address not for this net!')
 541     return x['pubkey_hash']
 542
 543 # transactions
 544
 545 def pubkey_to_script2(pubkey):
 546     return ('\x41' + pubkey_type.pack(pubkey)) + '\xac'
 547
 548 def pubkey_hash_to_script2(pubkey_hash):
 549     return '\x76\xa9' + ('\x14' + ShortHashType().pack(pubkey_hash)) + '\x88\xac'
 550
 551 def script2_to_human(script2, net):
 552     try:
 553         pubkey = script2[1:-1]
 554         script2_test = pubkey_to_script2(pubkey)
 555     except:
 556         pass
 557     else:
 558         if script2_test == script2:
 559             return 'Pubkey. Address: %s' % (pubkey_to_address(pubkey, net),)
 560
 561     try:
 562         pubkey_hash = ShortHashType().unpack(script2[3:-2])
 563         script2_test2 = pubkey_hash_to_script2(pubkey_hash)
 564     except:
 565         pass
 566     else:
 567         if script2_test2 == script2:
 568             return 'Address. Address: %s' % (pubkey_hash_to_address(pubkey_hash, net),)
 569
 570     return 'Unknown. Script: %s'  % (script2.encode('hex'),)