hashtree.cpp

   1 /*
   2  *  hashtree.cpp
   3  *  serp++
   4  *
   5  *  Created by Victor Grishchenko on 3/6/09.
   6  *  Copyright 2009 Delft University of Technology. All rights reserved.
   7  *
   8  */
   9
  10 #include "hashtree.h"
  11 //#include <openssl/sha.h>
  12 #include "sha1.h"
  13 #include <string.h>
  14 #include <stdlib.h>
  15 #include <fcntl.h>
  16 #include "compat.h"
  17
  18 #ifdef _WIN32
  19 #define OPENFLAGS         O_RDWR|O_CREAT|_O_BINARY
  20 #else
  21 #define OPENFLAGS         O_RDWR|O_CREAT
  22 #endif
  23
  24
  25 using namespace swift;
  26
  27 #define HASHSZ 20
  28 const size_t Sha1Hash::SIZE = HASHSZ;
  29 const Sha1Hash Sha1Hash::ZERO = Sha1Hash();
  30
  31 void SHA1 (const void *data, size_t length, unsigned char *hash) {
  32     blk_SHA_CTX ctx;
  33     blk_SHA1_Init(&ctx);
  34     blk_SHA1_Update(&ctx, data, length);
  35     blk_SHA1_Final(hash, &ctx);
  36 }
  37
  38 Sha1Hash::Sha1Hash(const Sha1Hash& left, const Sha1Hash& right) {
  39     char data[HASHSZ*2];
  40     memcpy(data,left.bits,SIZE);
  41     memcpy(data+SIZE,right.bits,SIZE);
  42     SHA1((unsigned char*)data,SIZE*2,bits);
  43 }
  44
  45 Sha1Hash::Sha1Hash(const char* data, size_t length) {
  46     if (length==-1)
  47         length = strlen(data);
  48     SHA1((unsigned char*)data,length,bits);
  49 }
  50
  51 Sha1Hash::Sha1Hash(const uint8_t* data, size_t length) {
  52     SHA1(data,length,bits);
  53 }
  54
  55 Sha1Hash::Sha1Hash(bool hex, const char* hash) {
  56     if (hex) {
  57         char hx[3]; hx[2]=0;
  58         int val;
  59         for(int i=0; i<SIZE; i++) {
  60             strncpy(hx,hash+i*2,2);
  61             sscanf(hx, "%x", &val);
  62             bits[i] = val;
  63         }
  64         assert(this->hex()==std::string(hash));
  65     } else
  66         memcpy(bits,hash,SIZE);
  67 }
  68
  69 std::string    Sha1Hash::hex() const {
  70     char hex[HASHSZ*2+1];
  71     for(int i=0; i<HASHSZ; i++)
  72         sprintf(hex+i*2, "%02x", (int)(unsigned char)bits[i]);
  73     return std::string(hex,HASHSZ*2);
  74 }
  75
  76
  77
  78 /**     H a s h   t r e e       */
  79
  80
  81 HashTree::HashTree (const char* filename, const Sha1Hash& root_hash, const char* hash_filename) :
  82 root_hash_(root_hash), fd_(0), hash_fd_(0), data_recheck_(true),
  83 peak_count_(0), hashes_(NULL), size_(0), sizek_(0),
  84 complete_(0), completek_(0)
  85 {
  86     fd_ = open(filename,OPENFLAGS,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH);
  87     if (fd_<0) {
  88         fd_ = 0;
  89         print_error("cannot open the file");
  90         return;
  91     }
  92     char hfn[1024] = "";
  93     if (!hash_filename) {
  94         strcat(hfn, filename);
  95         strcat(hfn, ".mhash");
  96     } else
  97         strcpy(hfn,hash_filename);
  98     hash_fd_ = open(hfn,OPENFLAGS,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH);
  99     if (hash_fd_<0) {
 100         hash_fd_ = 0;
 101         print_error("cannot open hash file");
 102         return;
 103     }
 104     if (root_hash_==Sha1Hash::ZERO) { // fresh submit, hash it
 105         assert(file_size(fd_));
 106         Submit();
 107     } else {
 108         RecoverProgress();
 109     } // else  LoadComplete()
 110 }
 111
 112
 113 void            HashTree::Submit () {
 114     size_ = file_size(fd_);
 115     sizek_ = (size_ + 1023) >> 10;
 116     peak_count_ = bin64_t::peaks(sizek_,peaks_);
 117     int hashes_size = Sha1Hash::SIZE*sizek_*2;
 118     file_resize(hash_fd_,hashes_size);
 119     hashes_ = (Sha1Hash*) memory_map(hash_fd_,hashes_size);
 120     if (!hashes_) {
 121         size_ = sizek_ = complete_ = completek_ = 0;
 122         print_error("mmap failed");
 123         return;
 124     }
 125     for (size_t i=0; i<sizek_; i++) {
 126         char kilo[1<<10];
 127         size_t rd = read(fd_,kilo,1<<10);
 128         if (rd<(1<<10) && i!=sizek_-1) {
 129             free(hashes_);
 130             hashes_=NULL;
 131             return;
 132         }
 133         bin64_t pos(0,i);
 134         hashes_[pos] = Sha1Hash(kilo,rd);
 135         ack_out_.set(pos);
 136         complete_+=rd;
 137         completek_++;
 138     }
 139     for (int p=0; p<peak_count_; p++) {
 140         if (!peaks_[p].is_base())
 141             for(bin64_t b=peaks_[p].left_foot().parent(); b.within(peaks_[p]); b=b.next_dfsio(1))
 142                 hashes_[b] = Sha1Hash(hashes_[b.left()],hashes_[b.right()]);
 143         peak_hashes_[p] = hashes_[peaks_[p]];
 144     }
 145
 146     root_hash_ = DeriveRoot();
 147
 148 }
 149
 150
 151 /** Basically, simulated receiving every single packet, except
 152  for some optimizations. */
 153 void            HashTree::RecoverProgress () {
 154     size_t size = file_size(fd_);
 155     size_t sizek = (size + 1023) >> 10;
 156     bin64_t peaks[64];
 157     int peak_count = bin64_t::peaks(sizek,peaks);
 158     for(int i=0; i<peak_count; i++) {
 159         Sha1Hash peak_hash;
 160         file_seek(hash_fd_,peaks[i]*sizeof(Sha1Hash));
 161         if (read(hash_fd_,&peak_hash,sizeof(Sha1Hash))!=sizeof(Sha1Hash))
 162             return;
 163         OfferPeakHash(peaks[i], peak_hash);
 164     }
 165     if (!this->size())
 166         return; // if no valid peak hashes found
 167     // at this point, we may use mmapd hashes already
 168     // so, lets verify hashes and the data we've got
 169     char zeros[1<<10];
 170     memset(zeros, 0, 1<<10);
 171     Sha1Hash kilo_zero(zeros,1<<10);
 172     for(int p=0; p<packet_size(); p++) {
 173         char buf[1<<10];
 174         bin64_t pos(0,p);
 175         if (hashes_[pos]==Sha1Hash::ZERO)
 176             continue;
 177         size_t rd = read(fd_,buf,1<<10);
 178         if (rd!=(1<<10) && p!=packet_size()-1)
 179             break;
 180         if (rd==(1<<10) && !memcmp(buf, zeros, rd) &&
 181                 hashes_[pos]!=kilo_zero) // FIXME
 182             continue;
 183         if ( data_recheck_ && !OfferHash(pos, Sha1Hash(buf,rd)) )
 184             continue;
 185         ack_out_.set(pos);
 186         completek_++;
 187         complete_+=rd;
 188         if (rd!=(1<<10) && p==packet_size()-1)
 189             size_ = ((sizek_-1)<<10) + rd;
 190     }
 191 }
 192
 193
 194 bool            HashTree::OfferPeakHash (bin64_t pos, const Sha1Hash& hash) {
 195     assert(!size_);
 196     if (peak_count_) {
 197         bin64_t last_peak = peaks_[peak_count_-1];
 198         if ( pos.layer()>=last_peak.layer() ||
 199             pos.base_offset()!=last_peak.base_offset()+last_peak.width() )
 200             peak_count_ = 0;
 201     }
 202     peaks_[peak_count_] = pos;
 203     peak_hashes_[peak_count_] = hash;
 204     peak_count_++;
 205     // check whether peak hash candidates add up to the root hash
 206     Sha1Hash mustbe_root = DeriveRoot();
 207     if (mustbe_root!=root_hash_)
 208         return false;
 209     for(int i=0; i<peak_count_; i++)
 210         sizek_ += peaks_[i].width();
 211
 212     // bingo, we now know the file size (rounded up to a KByte)
 213
 214     size_ = sizek_<<10;
 215     completek_ = complete_ = 0;
 216     sizek_ = (size_ + 1023) >> 10;
 217
 218     size_t cur_size = file_size(fd_);
 219     if ( cur_size<=(sizek_-1)<<10  || cur_size>sizek_<<10 )
 220         if (file_resize(fd_, size_)) {
 221             print_error("cannot set file size\n");
 222             size_=0; // remain in the 0-state
 223             return false;
 224         }
 225
 226     // mmap the hash file into memory
 227     size_t expected_size = sizeof(Sha1Hash)*sizek_*2;
 228     if ( file_size(hash_fd_) != expected_size )
 229         file_resize (hash_fd_, expected_size);
 230
 231     hashes_ = (Sha1Hash*) memory_map(hash_fd_,expected_size);
 232     if (!hashes_) {
 233         size_ = sizek_ = complete_ = completek_ = 0;
 234         print_error("mmap failed");
 235         return false;
 236     }
 237
 238     for(int i=0; i<peak_count_; i++)
 239         hashes_[peaks_[i]] = peak_hashes_[i];
 240     return true;
 241 }
 242
 243
 244 Sha1Hash        HashTree::DeriveRoot () {
 245     int c = peak_count_-1;
 246     bin64_t p = peaks_[c];
 247     Sha1Hash hash = peak_hashes_[c];
 248     c--;
 249     while (p!=bin64_t::ALL) {
 250         if (p.is_left()) {
 251             p = p.parent();
 252             hash = Sha1Hash(hash,Sha1Hash::ZERO);
 253         } else {
 254             if (c<0 || peaks_[c]!=p.sibling())
 255                 return Sha1Hash::ZERO;
 256             hash = Sha1Hash(peak_hashes_[c],hash);
 257             p = p.parent();
 258             c--;
 259         }
 260         //dprintf("p %lli %s\n",(uint64_t)p,hash.hex().c_str());
 261     }
 262     return hash;
 263 }
 264
 265
 266 /** For live streaming: appends the data, adjusts the tree.
 267     @ return the number of fresh (tail) peak hashes */
 268 int         HashTree::AppendData (char* data, int length) {
 269     return 0;
 270 }
 271
 272
 273 bin64_t         HashTree::peak_for (bin64_t pos) const {
 274     int pi=0;
 275     while (pi<peak_count_ && !pos.within(peaks_[pi]))
 276         pi++;
 277     return pi==peak_count_ ? bin64_t(bin64_t::NONE) : peaks_[pi];
 278 }
 279
 280
 281 bool            HashTree::OfferHash (bin64_t pos, const Sha1Hash& hash) {
 282     if (!size_)  // only peak hashes are accepted at this point
 283         return OfferPeakHash(pos,hash);
 284     bin64_t peak = peak_for(pos);
 285     if (peak==bin64_t::NONE)
 286         return false;
 287     if (peak==pos)
 288         return hash == hashes_[pos];
 289     if (ack_out_.get(pos.parent())!=binmap_t::EMPTY)
 290         return hash==hashes_[pos]; // have this hash already, even accptd data
 291     hashes_[pos] = hash;
 292     if (!pos.is_base())
 293         return false; // who cares?
 294     bin64_t p = pos;
 295     Sha1Hash uphash = hash;
 296     while ( p!=peak && ack_out_.get(p)==binmap_t::EMPTY ) {
 297         hashes_[p] = uphash;
 298         p = p.parent();
 299         uphash = Sha1Hash(hashes_[p.left()],hashes_[p.right()]) ;
 300     }// walk to the nearest proven hash
 301     return uphash==hashes_[p];
 302 }
 303
 304
 305 bool            HashTree::OfferData (bin64_t pos, const char* data, size_t length) {
 306     if (!size())
 307         return false;
 308     if (!pos.is_base())
 309         return false;
 310     if (length<1024 && pos!=bin64_t(0,sizek_-1))
 311         return false;
 312     if (ack_out_.get(pos)==binmap_t::FILLED)
 313         return true; // to set data_in_
 314     bin64_t peak = peak_for(pos);
 315     if (peak==bin64_t::NONE)
 316         return false;
 317
 318     Sha1Hash data_hash(data,length);
 319     if (!OfferHash(pos, data_hash)) {
 320         printf("invalid hash for %s: %s\n",pos.str(),data_hash.hex().c_str());
 321         return false;
 322     }
 323
 324     //printf("g %lli %s\n",(uint64_t)pos,hash.hex().c_str());
 325     ack_out_.set(pos,binmap_t::FILLED);
 326     pwrite(fd_,data,length,pos.base_offset()<<10);
 327     complete_ += length;
 328     completek_++;
 329     if (pos.base_offset()==sizek_-1) {
 330         size_ = ((sizek_-1)<<10) + length;
 331         if (file_size(fd_)!=size_)
 332             file_resize(fd_,size_);
 333     }
 334     return true;
 335 }
 336
 337
 338 uint64_t      HashTree::seq_complete () {
 339     uint64_t seqk = ack_out_.seq_length();
 340     if (seqk==sizek_)
 341         return size_;
 342     else
 343         return seqk<<10;
 344 }
 345
 346 HashTree::~HashTree () {
 347     if (hashes_)
 348         memory_unmap(hash_fd_, hashes_, sizek_*2*sizeof(Sha1Hash));
 349     if (fd_)
 350         close(fd_);
 351     if (hash_fd_)
 352         close(hash_fd_);
 353 }
 354