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       1                 :            : // Copyright (c) 2018-2022 The Bitcoin Core developers
       2                 :            : // Distributed under the MIT software license, see the accompanying
       3                 :            : // file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
       4                 :            : 
       5                 :            : #ifndef BITCOIN_BLOCKFILTER_H
       6                 :            : #define BITCOIN_BLOCKFILTER_H
       7                 :            : 
       8                 :            : #include <cstddef>
       9                 :            : #include <cstdint>
      10                 :            : #include <ios>
      11                 :            : #include <set>
      12                 :            : #include <string>
      13                 :            : #include <unordered_set>
      14                 :            : #include <utility>
      15                 :            : #include <vector>
      16                 :            : 
      17                 :            : #include <attributes.h>
      18                 :            : #include <uint256.h>
      19                 :            : #include <util/bytevectorhash.h>
      20                 :            : 
      21                 :            : class CBlock;
      22                 :            : class CBlockUndo;
      23                 :            : 
      24                 :            : /**
      25                 :            :  * This implements a Golomb-coded set as defined in BIP 158. It is a
      26                 :            :  * compact, probabilistic data structure for testing set membership.
      27                 :            :  */
      28                 :            : class GCSFilter
      29                 :            : {
      30                 :            : public:
      31                 :            :     typedef std::vector<unsigned char> Element;
      32                 :            :     typedef std::unordered_set<Element, ByteVectorHash> ElementSet;
      33                 :            : 
      34                 :            :     struct Params
      35                 :            :     {
      36                 :            :         uint64_t m_siphash_k0;
      37                 :            :         uint64_t m_siphash_k1;
      38                 :            :         uint8_t m_P;  //!< Golomb-Rice coding parameter
      39                 :            :         uint32_t m_M;  //!< Inverse false positive rate
      40                 :            : 
      41                 :          0 :         Params(uint64_t siphash_k0 = 0, uint64_t siphash_k1 = 0, uint8_t P = 0, uint32_t M = 1)
      42                 :          0 :             : m_siphash_k0(siphash_k0), m_siphash_k1(siphash_k1), m_P(P), m_M(M)
      43                 :          0 :         {}
      44                 :            :     };
      45                 :            : 
      46                 :            : private:
      47                 :            :     Params m_params;
      48                 :            :     uint32_t m_N;  //!< Number of elements in the filter
      49                 :            :     uint64_t m_F;  //!< Range of element hashes, F = N * M
      50                 :            :     std::vector<unsigned char> m_encoded;
      51                 :            : 
      52                 :            :     /** Hash a data element to an integer in the range [0, N * M). */
      53                 :            :     uint64_t HashToRange(const Element& element) const;
      54                 :            : 
      55                 :            :     std::vector<uint64_t> BuildHashedSet(const ElementSet& elements) const;
      56                 :            : 
      57                 :            :     /** Helper method used to implement Match and MatchAny */
      58                 :            :     bool MatchInternal(const uint64_t* sorted_element_hashes, size_t size) const;
      59                 :            : 
      60                 :            : public:
      61                 :            : 
      62                 :            :     /** Constructs an empty filter. */
      63                 :            :     explicit GCSFilter(const Params& params = Params());
      64                 :            : 
      65                 :            :     /** Reconstructs an already-created filter from an encoding. */
      66                 :            :     GCSFilter(const Params& params, std::vector<unsigned char> encoded_filter, bool skip_decode_check);
      67                 :            : 
      68                 :            :     /** Builds a new filter from the params and set of elements. */
      69                 :            :     GCSFilter(const Params& params, const ElementSet& elements);
      70                 :            : 
      71                 :          0 :     uint32_t GetN() const { return m_N; }
      72                 :          0 :     const Params& GetParams() const LIFETIMEBOUND { return m_params; }
      73                 :          0 :     const std::vector<unsigned char>& GetEncoded() const LIFETIMEBOUND { return m_encoded; }
      74                 :            : 
      75                 :            :     /**
      76                 :            :      * Checks if the element may be in the set. False positives are possible
      77                 :            :      * with probability 1/M.
      78                 :            :      */
      79                 :            :     bool Match(const Element& element) const;
      80                 :            : 
      81                 :            :     /**
      82                 :            :      * Checks if any of the given elements may be in the set. False positives
      83                 :            :      * are possible with probability 1/M per element checked. This is more
      84                 :            :      * efficient that checking Match on multiple elements separately.
      85                 :            :      */
      86                 :            :     bool MatchAny(const ElementSet& elements) const;
      87                 :            : };
      88                 :            : 
      89                 :            : constexpr uint8_t BASIC_FILTER_P = 19;
      90                 :            : constexpr uint32_t BASIC_FILTER_M = 784931;
      91                 :            : 
      92                 :            : enum class BlockFilterType : uint8_t
      93                 :            : {
      94                 :            :     BASIC = 0,
      95                 :            :     INVALID = 255,
      96                 :            : };
      97                 :            : 
      98                 :            : /** Get the human-readable name for a filter type. Returns empty string for unknown types. */
      99                 :            : const std::string& BlockFilterTypeName(BlockFilterType filter_type);
     100                 :            : 
     101                 :            : /** Find a filter type by its human-readable name. */
     102                 :            : bool BlockFilterTypeByName(const std::string& name, BlockFilterType& filter_type);
     103                 :            : 
     104                 :            : /** Get a list of known filter types. */
     105                 :            : const std::set<BlockFilterType>& AllBlockFilterTypes();
     106                 :            : 
     107                 :            : /** Get a comma-separated list of known filter type names. */
     108                 :            : const std::string& ListBlockFilterTypes();
     109                 :            : 
     110                 :            : /**
     111                 :            :  * Complete block filter struct as defined in BIP 157. Serialization matches
     112                 :            :  * payload of "cfilter" messages.
     113                 :            :  */
     114                 :            : class BlockFilter
     115                 :            : {
     116                 :            : private:
     117                 :          0 :     BlockFilterType m_filter_type = BlockFilterType::INVALID;
     118                 :            :     uint256 m_block_hash;
     119                 :            :     GCSFilter m_filter;
     120                 :            : 
     121                 :            :     bool BuildParams(GCSFilter::Params& params) const;
     122                 :            : 
     123                 :            : public:
     124                 :            : 
     125                 :          0 :     BlockFilter() = default;
     126                 :            : 
     127                 :            :     //! Reconstruct a BlockFilter from parts.
     128                 :            :     BlockFilter(BlockFilterType filter_type, const uint256& block_hash,
     129                 :            :                 std::vector<unsigned char> filter, bool skip_decode_check);
     130                 :            : 
     131                 :            :     //! Construct a new BlockFilter of the specified type from a block.
     132                 :            :     BlockFilter(BlockFilterType filter_type, const CBlock& block, const CBlockUndo& block_undo);
     133                 :            : 
     134                 :          0 :     BlockFilterType GetFilterType() const { return m_filter_type; }
     135                 :          0 :     const uint256& GetBlockHash() const LIFETIMEBOUND { return m_block_hash; }
     136                 :          0 :     const GCSFilter& GetFilter() const LIFETIMEBOUND { return m_filter; }
     137                 :            : 
     138                 :          0 :     const std::vector<unsigned char>& GetEncodedFilter() const LIFETIMEBOUND
     139                 :            :     {
     140                 :          0 :         return m_filter.GetEncoded();
     141                 :            :     }
     142                 :            : 
     143                 :            :     //! Compute the filter hash.
     144                 :            :     uint256 GetHash() const;
     145                 :            : 
     146                 :            :     //! Compute the filter header given the previous one.
     147                 :            :     uint256 ComputeHeader(const uint256& prev_header) const;
     148                 :            : 
     149                 :            :     template <typename Stream>
     150                 :          0 :     void Serialize(Stream& s) const {
     151                 :          0 :         s << static_cast<uint8_t>(m_filter_type)
     152                 :          0 :           << m_block_hash
     153                 :          0 :           << m_filter.GetEncoded();
     154                 :          0 :     }
     155                 :            : 
     156                 :            :     template <typename Stream>
     157                 :          0 :     void Unserialize(Stream& s) {
     158                 :          0 :         std::vector<unsigned char> encoded_filter;
     159                 :            :         uint8_t filter_type;
     160                 :            : 
     161         [ #  # ]:          0 :         s >> filter_type
     162         [ #  # ]:          0 :           >> m_block_hash
     163         [ #  # ]:          0 :           >> encoded_filter;
     164                 :            : 
     165                 :          0 :         m_filter_type = static_cast<BlockFilterType>(filter_type);
     166                 :            : 
     167         [ #  # ]:          0 :         GCSFilter::Params params;
     168   [ #  #  #  # ]:          0 :         if (!BuildParams(params)) {
     169   [ #  #  #  # ]:          0 :             throw std::ios_base::failure("unknown filter_type");
     170                 :            :         }
     171         [ #  # ]:          0 :         m_filter = GCSFilter(params, std::move(encoded_filter), /*skip_decode_check=*/false);
     172                 :          0 :     }
     173                 :            : };
     174                 :            : 
     175                 :            : #endif // BITCOIN_BLOCKFILTER_H