mempool 在 BTC 交易中扮演什麼角色？

比特幣 Mempool：至關重要的交易暫存區

在比特幣網路的交易處理核心，存在一個至關重要卻常被忽視的組件：Mempool。Mempool 是「memory pool」（記憶體池）的縮寫，這個動態暫存區充當了未確認比特幣交易在永久刻入區塊鏈之前的臨時持有區。您可以將其想像成一個繁忙的候診室，每筆提交的比特幣交易都會在此落座，耐心等待礦工點名並將其納入下一個區塊。

當用戶發起一筆比特幣交易時，它並不會立即被添加到區塊鏈中。相反，它首先會在這個龐大的點對點（P2P）網路中進行廣播。網路中的每個全節點（Full Node）都會維護自己獨立的 Mempool，用以收集這些廣播的交易。這種去中心化的潛在交易集合至關重要，它確保了網路能察覺到所有待處理的活動，並在交易被考慮納入區塊之前進行關鍵的驗證檢查。如果沒有 Mempool，網路將缺乏結構化的方式來管理湧入的交易請求，這將導致混亂，並使雙重支出（Double-spending）問題變得更難防範。它是最初的守門人，負責維持秩序，並為隨後的確認和最終性（Finality）步驟奠定基礎。

比特幣交易在 Mempool 中的旅程

追蹤一筆典型比特幣交易從發起到最終確認的路徑，能讓我們更清楚地理解 Mempool 的作用。這段旅程涉及幾個截然不同的階段，每個階段都極度依賴 Mempool 的功能。

廣播與初步接收

流程始於比特幣用戶透過錢包軟體創建並簽署一筆交易。這筆交易本質上是一條詳細說明比特幣從一個地址轉移到另一個地址的訊息，隨後被廣播到比特幣網路。它不會傳送到中央伺服器；而是發送到用戶錢包連接的幾個「對等」（Peer）節點。這些節點接著將交易轉發給它們自己的對等節點，依此類推，直到交易傳播到網路的大部分區域。當每個全節點接收到交易時，會立即將其添加到該節點獨立的 Mempool 中。雖然這些 Mempool 的內容在整個網路中大致相似，但由於網路延遲、傳播延遲以及不同節點對交易接受政策的差異，可能會存在微小的不一致。

交易驗證

在交易被正式接受進節點的 Mempool 之前（當然更是在被納入區塊之前），它必須經過嚴格的驗證程序。這一步對於維護比特幣網路的完整性和安全性至關重要。每個節點都會獨立驗證所接收交易的幾個關鍵面向：

• 語法與格式： 交易是否根據比特幣的協議規則正確建構？
• 簽章驗證： 數位簽章是否有效，證明發送者有權花費這些比特幣？
• 雙重支出檢查： 輸入值（UTXO – 未花費交易輸出）是否已在 Mempool 或區塊鏈中的另一筆交易中被花費？這是防止同一筆資金被花費兩次的根本檢查。
• 輸出有效性： 輸出金額是否合理，且未產生數量異常龐大的微小輸出（這可能是一種攻擊媒介）？
• UTXO 存在性與償付能力： 正在花費的 UTXO 是否確實存在於區塊鏈上，且發送者是否真實擁有它們並持有足夠的資金？
• 手續費率： 交易是否包含了足夠的手續費率（每位元組聰，satoshi per byte），以達到節點的最低接受門檻？節點可以為其考慮加入 Mempool 的交易設定自己的最低費率。

如果交易未能通過任何一項驗證檢查，節點會立即拒絕並將其捨棄。它將不會進入該節點的 Mempool。只有完全有效的交易才能留在 Mempool 中等待下一階段。這種強大的預確認（Pre-confirmation）驗證防止了無效交易佔用寶貴的區塊空間，並有助於保持區塊鏈的乾淨與安全。

等待確認：礦工的角色

一旦交易被驗證並被眾多節點的 Mempool 接受，它就進入了等待確認的階段。這正是比特幣經濟激勵機制——交易手續費市場——充分發揮作用的地方。負責組裝新區塊的比特幣礦工基於自利原則運作：他們旨在最大化利潤。礦工的收入來源有二：區塊獎勵（固定數量的現採 BTC）以及區塊內包含的所有交易手續費總和。

鑑於每個區塊的容量有限（歷史上限為 1MB，但在 SegWit 之後有效容量更大），礦工無法包含 Mempool 中的每一筆交易，尤其是在網路活動頻繁的時期。為了決定包含哪些交易，礦工通常會優先考慮那些提供最高單位數據手續費的交易（以每虛擬位元組聰，sat/vB 為單位計量）。這在 Mempool 內創造了一個動態市場：

• 供給： 每個新區塊中可用的有限區塊空間。
• 需求： 待處理交易的總數以及用戶希望確認的緊急程度。

手續費率較高的交易對礦工更具吸引力，因此更有可能被迅速選中並納入下一個區塊。相反，手續費率極低的交易可能會在 Mempool 中滯留數小時、數天，甚至如果擁堵持續且被更高費用的交易取代，還可能從某些 Mempool 中完全被刪除。這種機制有效地允許用戶為區塊空間「競價」，直接影響其交易的確認速度。

Mempool 大小的動態變化及其影響

Mempool並非靜態實體；其大小和內容會不斷波動，反映了比特幣網路上對區塊空間的即時需求。這些動態變化對用戶有重大影響，特別是在交易手續費和確認時間方面。

影響 Mempool 擁堵的因素

有幾個因素會導致 Mempool 大小增加和擁堵：

1. 高交易量： 在市場活動劇烈期間（如大幅價格波動或重大新聞事件），發起交易的用戶數量會激增。大量新交易的湧入會迅速填滿 Mempool。
2. 全網性事件： 大規模網路事件（例如大型交易所遇到提幣問題）可能導致交易積壓，所有交易同時衝擊網路，超出即時區塊空間的承受能力。
3. 比特幣減半事件： 從歷史上看，比特幣減半事件前後的時期有時會出現投機活動增加，從而導致交易量激增。
4. 有限的區塊空間： 比特幣的區塊大小限制，加上平均 10 分鐘的區塊間隔，意味著每個區塊的可用空間是有限的。當需求超過供給時，Mempool 就會增長。雖然隔離見證（SegWit）有效增加了區塊容量，但它並未消除潛在的供給限制。
5. 垃圾郵件攻擊（歷史性）： 過去，攻擊者有時會用大量低價值、高數據量的交易淹沒網路，企圖阻塞 Mempool 並推高手續費。雖然由於節點政策和手續費市場動態的改進，這類攻擊現在效果較差，但仍可能導致暫時性擁堵。

對交易費和確認時間的影響

擁堵的 Mempool 直接轉化為用戶更高昂的交易手續費和更長的確認時間。當 Mempool 爆滿時，礦工有大量的交易可供選擇。理所當然地，他們會優先處理那些提供最豐厚費用的交易。

• 手續費上漲： 想要快速確認交易的用戶必須提供更高的手續費率以高過他人的出價。這種競爭性競價過程推高了全網的平均交易費。如果 Mempool 持續龐大，費用可能會在較長時間內維持在高位。
• 確認時間延長： 手續費率較低或在擁堵高峰期發起且費用不足的交易可能會面臨顯著延遲。它們可能會被多個區塊跳過，在 Mempool 中留存數小時甚至數天。在極端情況下，如果交易未確認的時間過長（通常超過 72 小時，儘管這取決於節點政策），它可能會從某些節點的 Mempool 中被完全刪除，要求發送者重新廣播或採取糾正措施。

理解 Mempool 數據

幸運的是，用戶在面對 Mempool 狀況時並非盲目。各種線上工具和區塊瀏覽器提供了 Mempool 狀態的即時數據和視覺化圖表。這些資源通常顯示：

• 未確認交易數量： 等待確認的交易原始計數。
• Mempool 總大小： Mempool 中所有交易的累積數據大小（以 MB 或 GB 為單位）。
• 手續費分布圖： 顯示各手續費率交易分布的圖表，通常會指示在接下來的幾個區塊、一小時內或特定時間範圍內可能被納入的費率。
• 預計確認時間： 根據當前 Mempool 擁堵情況和手續費分布，這些工具會估算具有給定費率的交易可能需要多長時間才能確認。

監測這些指標能讓用戶在權衡緊急性與成本後，對交易應附加多少手續費做出明智的決定。

Mempool 管理：節點及其政策

雖然 Mempool 服務於統一的目的，但必須理解，整個比特幣網路並沒有單一、集中的 Mempool。相反，每個全節點都維護著自己的 獨立 Mempool，而這些個別的 Mempool 可能會根據特定的節點政策而呈現細微差異。

節點自主權與去中心化

比特幣的去中心化特性意味著每個全節點都是自主運行的。當交易被廣播時，它會在網路中傳播，每個節點接收、驗證並將其添加到本地 Mempool。這種冗餘是比特幣抗審查性的基石。如果一個節點甚至一組節點出於某些原因（例如政治因素）決定拒絕一筆有效的交易，網路上的其他節點仍會接受並傳播它，確保其最終被遵守標準規則的礦工納入區塊。

個別節點 Mempool 之間的微小差異可能源於：

• 網路延遲： 交易到達不同節點的時間可能略有不同。
• 傳播問題： 由於網路分區或暫時的連通性問題，某些交易可能無法到達每一個節點。
• 政策差異： 雖然核心驗證規則是通用的，但節點對於最低接受費率或最大 Mempool 容量的政策可能略有不同。

可自訂的 Mempool 政策

全節點可以實施自己的可配置政策來管理其本地 Mempool。這些政策規定了哪些交易被接受、儲存多久以及何時可能被捨棄。常見的政策參數包括：

• 最低手續費率： 節點可以設定一個最低手續費率（例如 1 sat/vB），低於此費率的交易將不會被接受進入其 Mempool。這有助於防止垃圾郵件，並確保 Mempool 不會充斥著經濟價值微小的交易。
• 最大 Mempool 大小： 為了防止資源耗盡，節點通常會為其 Mempool 設定最大大小限制（例如 300MB）。如果 Mempool 超過此限制，節點將開始修剪交易（通常從手續費率最低的交易開始），以為高優先級交易騰出空間。
• 交易過期： 雖然比特幣協議沒有明確的交易過期機制，但某些節點可能會實施政策，刪除在 Mempool 中留存過久（例如 72 小時）且未確認的交易。這樣做通常是為了防止過時、未確認的交易無止盡地消耗資源，尤其是當它們手續費極低以至於不太可能被確認時。

這些可自訂的政策賦予節點營運商對其資源使用的控制權，並透過鼓勵競爭性手續費競價，防止 Mempool 成為未確認交易的永久傾倒場，進而為網路的整體健康和效率做出貢獻。

超越基本功能：進階 Mempool 概念

Mempool 的動態特性催生了幾種進階概念和策略，用戶可以利用這些策略更有效地管理交易，尤其是在網路擁堵期間。

手續費替代（Replace-by-Fee, RBF）

手續費替代（RBF）是一項允許用戶將 Mempool 中未確認的交易替換為同一筆交易的新版本，且通常帶有更高手續費的功能。要使 RBF 生效，原始交易在創建時必須被標記為「啟用 RBF」。

其運作原理如下：

1. 發送原始交易： 用戶發送交易 A（可能手續費較低），隨後進入 Mempool。
2. 延遲/擁堵： 由於網路擁堵或手續費不足，交易卡住。
3. 創建新交易： 用戶創建交易 B，它花費與交易 A 相同的輸入，但包含顯著提高的手續費。它也可能略微更改收款人或金額（儘管通常只調整手續費）。
4. 廣播與替換： 廣播交易 B。支持 RBF 的節點會識別出交易 B 正試圖花費與交易 A 相同的輸入。如果交易 B 提供的手續費足夠高（以補償礦工替換交易的風險和工作），節點將從 Mempool 中移除交易 A，並以交易 B 取而代之。
5. 確認： 礦工隨後會因交易 B 較高的手續費而優先處理它，從而實現更快的確認。

RBF 對於加速卡住的交易，甚至糾正未確認交易中的錯誤（儘管不建議更改收款人，因為這可能導致混亂）非常有用。它為用戶提供了對未確認交易更大的控制權。

子為父支付（Child Pays For Parent, CPFP）

子為父支付（CPFP）是另一種加速卡住交易的策略，特別適用於原始發送者未啟用 RBF，或收款人無法訪問私鑰來創建替換交易的情況。

此機制依賴於礦工通常會優先處理「交易包」的事實。如果一筆「父」交易（交易 P）因低手續費卡住，則可以創建一筆花費交易 P 輸出的「子」交易（交易 C）。

其流程如下：

1. 父交易卡住： 交易 P 已廣播但手續費極低，卡在 Mempool 中。
2. 創建子交易： 交易 P 的 接收者（或收到 P 輸出的另一方）創建交易 C。這筆子交易花費來自卡住交易 P 的未確認輸出。
3. 子交易高費率： 為交易 C 設定 非常高 的手續費。
4. 礦工激勵： 當礦工看到交易 C 時，他們意識到如果要包含它並獲取其高額手續費，必須先包含其父交易 P。透過同時包含兩者，礦工可獲得交易 C 的高額費用加上交易 P 的（低額）費用，使這個交易組合在經濟上極具吸引力。

CPFP 對於正在等待資金但無法直接增加原始交易手續費的收款人尤其有利。它激勵礦工將父交易和子交易一併確認。

零確認交易（Zero-Confirmation Transactions）

「零確認」交易是指已廣播到網路並被各節點 Mempool 接受，但尚未被礦工納入區塊的交易。雖然在密碼學上尚未最終定案，但這些交易有時被某些服務認為「足夠好」。

• 速度： 從用戶角度看，它們提供了即時結算，因為無需等待區塊確認。
• 風險： 零確認交易的主要風險是「雙重支出攻擊」的可能性。儘管在 Mempool 中經過驗證的交易通常被視為有效，但惡意發送者理論上可以在第一筆交易後不久嘗試廣播一筆衝突交易（將相同的資金發送到不同地址）。如果衝突交易先到達礦工手中並獲得確認，原始的零確認交易就會變得無效。

因此，零確認交易通常僅被商家接受用於小額支付（雙花損失風險較低），或在存在額外信任層的情況下使用。Mempool 在此作為第一道防線；如果一筆交易被廣泛傳播並被眾多 Mempool 接受，這提供了一定程度的信心，表明它是有效的且較不容易被雙花。

Mempool 在比特幣安全性與效率中的關鍵作用

Mempool 絕非僅僅是一個臨時儲存空間，它是比特幣生態系統不可或缺的組件，在網路的安全性、效率和整體功能中扮演著多重角色。

首先，它充當了 抵禦雙重支出的關鍵初步篩選器。透過要求所有交易在被考慮納入區塊 之前 必須通過 Mempool 內的驗證階段，網路有效地過濾掉了試圖兩次花費同一筆資金的無效嘗試。企圖雙花的交易會迅速被節點識別並拒絕，防止其進入區塊，從而維護了帳本的完整性。

其次，Mempool 是比特幣 交易手續費市場 運作的動態競技場。它提供了區塊空間供需情況的透明、即時快照。這種市場機制至關重要，原因如下：

• 資源配置： 它確保有限的區塊空間被高效地分配給那些最重視它的人，防止網路輕易被低優先級或垃圾郵件交易阻塞。
• 礦工激勵： 它為礦工維護網路安全提供了經濟激勵，補充了區塊獎勵。隨著區塊獎勵因減半事件隨時間減少，交易手續費預計將成為礦工收入日益主導的來源，確保網路的長期安全。
• 用戶靈活性： 它允許用戶透過調整手續費來控制交易的緊急程度，在與網路互動時提供了一定程度的靈活性。

第三，Mempool 的去中心化特性強化了比特幣的 抗審查性。因為每個全節點都維護自己的 Mempool，且交易傳播廣泛，任何單一實體或群體都極難阻止一筆有效的交易最終被納入區塊。即使某些節點選擇性地過濾交易，其他節點也不會，確保了交易最終能獲得確認。這種待處理交易的分散儲存證明了比特幣協議的穩健性。

最後，Mempool 為 網路參與者提供了至關重要的資訊。透過監測 Mempool 數據，用戶、錢包開發者和服務提供商可以衡量網路擁堵程度、估算合適的手續費並預測確認時間。這種透明度對於健康且可預測的用戶體驗至關重要，有助於做出明智決策並開發智慧手續費估算算法。

本質上，比特幣 Mempool 不僅僅是一個候診室；它是一個動態的、競爭激烈的市場，也是一個關鍵的安全層，支撐著整個比特幣交易流程的可靠性與效率。它的設計體現了密碼學、經濟學和去中心化網路原則的巧妙結合，這正是比特幣的定義所在。