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, slush
   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(slush.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 = slush.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 = slush.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, value=None):
 337         self._bits = bits
 338         if value is not None and self._value != value:
 339             raise ValueError('value does not match')
 340
 341     @property
 342     def _value(self):
 343         return math.shift_left(self._bits & 0x00ffffff, 8 * ((self._bits >> 24) - 3))
 344
 345     def __hash__(self):
 346         return hash(self._value)
 347
 348     def __cmp__(self, other):
 349         if isinstance(other, FloatingInteger):
 350             return cmp(self._value, other._value)
 351         elif isinstance(other, (int, long)):
 352             return cmp(self._value, other)
 353         else:
 354             raise NotImplementedError(other)
 355
 356     def __int__(self):
 357         return self._value
 358
 359     def __repr__(self):
 360         return 'FloatingInteger(bits=%s, value=%s)' % (hex(self._bits), hex(self._value))
 361
 362     def __add__(self, other):
 363         if isinstance(other, (int, long)):
 364             return self._value + other
 365         raise NotImplementedError()
 366     __radd__ = __add__
 367     def __mul__(self, other):
 368         if isinstance(other, (int, long)):
 369             return self._value * other
 370         raise NotImplementedError()
 371     __rmul__ = __mul__
 372     def __truediv__(self, other):
 373         if isinstance(other, (int, long)):
 374             return self._value / other
 375         raise NotImplementedError()
 376     def __floordiv__(self, other):
 377         if isinstance(other, (int, long)):
 378             return self._value // other
 379         raise NotImplementedError()
 380     __div__ = __truediv__
 381     def __rtruediv__(self, other):
 382         if isinstance(other, (int, long)):
 383             return other / self._value
 384         raise NotImplementedError()
 385     def __rfloordiv__(self, other):
 386         if isinstance(other, (int, long)):
 387             return other // self._value
 388         raise NotImplementedError()
 389     __rdiv__ = __rtruediv__
 390
 391 class FloatingIntegerType(Type):
 392     _inner = StructType('<I')
 393
 394     def read(self, file):
 395         bits, file = self._inner.read(file)
 396         return FloatingInteger(bits), file
 397
 398     def write(self, file, item):
 399         return self._inner.write(file, item._bits)
 400
 401 class PossiblyNoneType(Type):
 402     def __init__(self, none_value, inner):
 403         self.none_value = none_value
 404         self.inner = inner
 405
 406     def read(self, file):
 407         value, file = self.inner.read(file)
 408         return None if value == self.none_value else value, file
 409
 410     def write(self, file, item):
 411         if item == self.none_value:
 412             raise ValueError('none_value used')
 413         return self.inner.write(file, self.none_value if item is None else item)
 414
 415 address_type = ComposedType([
 416     ('services', StructType('<Q')),
 417     ('address', IPV6AddressType()),
 418     ('port', StructType('>H')),
 419 ])
 420
 421 tx_type = ComposedType([
 422     ('version', StructType('<I')),
 423     ('tx_ins', ListType(ComposedType([
 424         ('previous_output', PossiblyNoneType(slush.frozendict(hash=0, index=2**32 - 1), ComposedType([
 425             ('hash', HashType()),
 426             ('index', StructType('<I')),
 427         ]))),
 428         ('script', VarStrType()),
 429         ('sequence', PossiblyNoneType(2**32 - 1, StructType('<I'))),
 430     ]))),
 431     ('tx_outs', ListType(ComposedType([
 432         ('value', StructType('<Q')),
 433         ('script', VarStrType()),
 434     ]))),
 435     ('lock_time', StructType('<I')),
 436 ])
 437
 438 merkle_branch_type = ListType(HashType())
 439
 440 merkle_tx_type = ComposedType([
 441     ('tx', tx_type),
 442     ('block_hash', HashType()),
 443     ('merkle_branch', merkle_branch_type),
 444     ('index', StructType('<i')),
 445 ])
 446
 447 block_header_type = ComposedType([
 448     ('version', StructType('<I')),
 449     ('previous_block', PossiblyNoneType(0, HashType())),
 450     ('merkle_root', HashType()),
 451     ('timestamp', StructType('<I')),
 452     ('target', FloatingIntegerType()),
 453     ('nonce', StructType('<I')),
 454 ])
 455
 456 block_type = ComposedType([
 457     ('header', block_header_type),
 458     ('txs', ListType(tx_type)),
 459 ])
 460
 461 aux_pow_type = ComposedType([
 462     ('merkle_tx', merkle_tx_type),
 463     ('merkle_branch', merkle_branch_type),
 464     ('index', StructType('<i')),
 465     ('parent_block_header', block_header_type),
 466 ])
 467
 468
 469 merkle_record_type = ComposedType([
 470     ('left', HashType()),
 471     ('right', HashType()),
 472 ])
 473
 474 def merkle_hash(hashes):
 475     if not hashes:
 476         return 0
 477     hash_list = list(hashes)
 478     while len(hash_list) > 1:
 479         hash_list = [merkle_record_type.hash256(dict(left=left, right=left if right is None else right))
 480             for left, right in zip(hash_list[::2], hash_list[1::2] + [None])]
 481     return hash_list[0]
 482
 483 def calculate_merkle_branch(hashes, index):
 484     # XXX optimize this
 485
 486     hash_list = [(h, i == index, []) for i, h in enumerate(hashes)]
 487
 488     while len(hash_list) > 1:
 489         hash_list = [
 490             (
 491                 merkle_record_type.hash256(dict(left=left, right=right)),
 492                 left_f or right_f,
 493                 (left_l if left_f else right_l) + [dict(side=1, hash=right) if left_f else dict(side=0, hash=left)],
 494             )
 495             for (left, left_f, left_l), (right, right_f, right_l) in
 496                 zip(hash_list[::2], hash_list[1::2] + [hash_list[::2][-1]])
 497         ]
 498
 499     res = [x['hash'] for x in hash_list[0][2]]
 500
 501     assert hash_list[0][1]
 502     assert check_merkle_branch(hashes[index], index, res) == hash_list[0][0]
 503     assert index == sum(k*2**i for i, k in enumerate([1-x['side'] for x in hash_list[0][2]]))
 504
 505     return res
 506
 507 def check_merkle_branch(tip_hash, index, merkle_branch):
 508     return reduce(lambda c, (i, h): merkle_record_type.hash256(
 509         dict(left=h, right=c) if 2**i & index else
 510         dict(left=c, right=h)
 511     ), enumerate(merkle_branch), tip_hash)
 512
 513 def target_to_average_attempts(target):
 514     return 2**256//(target + 1)
 515
 516 def target_to_difficulty(target):
 517     return (0xffff0000 * 2**(256-64) + 1)/(target + 1)
 518
 519 # tx
 520
 521 def tx_get_sigop_count(tx):
 522     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'])
 523
 524 # human addresses
 525
 526 human_address_type = ChecksummedType(ComposedType([
 527     ('version', StructType('<B')),
 528     ('pubkey_hash', ShortHashType()),
 529 ]))
 530
 531 pubkey_type = FixedStrType(65)
 532
 533 def pubkey_hash_to_address(pubkey_hash, net):
 534     return human_address_type.pack_base58(dict(version=net.BITCOIN_ADDRESS_VERSION, pubkey_hash=pubkey_hash))
 535
 536 def pubkey_to_address(pubkey, net):
 537     return pubkey_hash_to_address(pubkey_type.hash160(pubkey), net)
 538
 539 def address_to_pubkey_hash(address, net):
 540     x = human_address_type.unpack_base58(address)
 541     if x['version'] != net.BITCOIN_ADDRESS_VERSION:
 542         raise ValueError('address not for this net!')
 543     return x['pubkey_hash']
 544
 545 # transactions
 546
 547 def pubkey_to_script2(pubkey):
 548     return ('\x41' + pubkey_type.pack(pubkey)) + '\xac'
 549
 550 def pubkey_hash_to_script2(pubkey_hash):
 551     return '\x76\xa9' + ('\x14' + ShortHashType().pack(pubkey_hash)) + '\x88\xac'
 552
 553 def script2_to_human(script2, net):
 554     try:
 555         pubkey = script2[1:-1]
 556         script2_test = pubkey_to_script2(pubkey)
 557     except:
 558         pass
 559     else:
 560         if script2_test == script2:
 561             return 'Pubkey. Address: %s' % (pubkey_to_address(pubkey, net),)
 562
 563     try:
 564         pubkey_hash = ShortHashType().unpack(script2[3:-2])
 565         script2_test2 = pubkey_hash_to_script2(pubkey_hash)
 566     except:
 567         pass
 568     else:
 569         if script2_test2 == script2:
 570             return 'Address. Address: %s' % (pubkey_hash_to_address(pubkey_hash, net),)
 571
 572     return 'Unknown. Script: %s'  % (script2.encode('hex'),)