Что такое мемпул и как он работает простыми словами?

Что такое мемпул

Это временное хранилище транзакций в блокчейн-сети, в котором они ожидают включения в блок. Все транзакции, отправленные в сеть, но ещё не включённые в блок, находятся в нем. Чтобы разобраться, что такое мемпул, важно изучить его механизм. Он позволяет обеспечить организацию и фильтрацию транзакций до того, как они будут добавлены в блокчейн.

Представьте, что вы отправили 0,1 биткоина своему другу через биткоин-сеть. Когда вы нажмете «отправить», ваша транзакция не попадет сразу в блокчейн. Сначала она будет храниться в мемпуле, пока майнеры не примут её в следующий блок. Пока транзакция находится в мемпуле, она ещё не подтверждена, и ваш друг не получит средства.

Приведем еще один пример. Представьте мемпул как аэропорт:

• Пассажиры (транзакции) прибывают и ждут своего рейса.
• Самолеты (блоки) забирают пассажиров по определенному расписанию.
• Пассажиры с билетами бизнес-класса (транзакции с высокой комиссией) проходят первыми, а те, кто выбрал эконом-вариант (низкую комиссию), могут ждать дольше.

Как работает mempool

Обработка транзакций в блокчейне проходит несколько ключевых этапов. Мемпул биткоина и прочего играет в этом процессе роль временного буфера, где транзакции ожидают включения в новый блок. Разберем каждый этап детально.

Шаг 1. Когда пользователь отправляет криптовалюту, кошелек формирует транзакцию. В этот момент система определяет:

• Адрес отправителя (тот, с которого списываются средства).
• Адрес получателя (тот, на который поступят средства).
• Сумму перевода.
• Комиссию (размер вознаграждения для майнеров, которые подтвердят операцию).
• Подпись отправителя, подтверждающую право распоряжаться средствами.

Чтобы понять, что такое мемпул в блокчейне, важно помнить, как запустить процесс. После создания кошелек передает транзакцию в сеть блокчейн через узлы (ноды). Узлы принимают данные, проверяют их и отправляют дальше по сети. Однако на этом этапе транзакция еще не включена в блок и остается неподтвержденной.

Шаг 2. После поступления в сеть узлы проверяют транзакцию на соответствие правилам. Система оценивает несколько параметров:

• Подпись. Узлы сверяют цифровую подпись отправителя с его публичным ключом. Если подпись не совпадает, транзакция отклоняется.
• Баланс. Система проверяет, достаточно ли средств на счете отправителя. Если сумма превышает доступные средства, узлы отклоняют операцию.
• Формат данных. Адрес получателя, сумма перевода и другие параметры должны соответствовать стандартам блокчейна. Ошибки в данных приводят к отклонению.

Если хотя бы один из этих критериев не выполняется, узлы отвергают транзакцию. В противном случае она переходит на следующий этап.

По теме:

Обучение в финтехе и блокчейне: как готовить специалистов нового поколения

Telegram-чаты, в которых можно обсудить криптовалюту, стартапы и маркетинг

Шаг 3. После успешной проверки узлы передают транзакцию в мемпул. На этом этапе операция еще не считается завершенной — она ожидает включения в блок.

• При низкой загрузке сети транзакции быстро попадают в блоки, а подтверждения проходят за считанные минуты.
• При высокой нагрузке сети транзакции с низкой комиссией могут оставаться в мемпуле долго, пока не появится возможность их обработать.

Каждый узел хранит свою копию мемпула, поэтому содержимое этого пула может отличаться на разных нодах.

Шаг 4. Майнеры анализируют мемпул и выбирают транзакции, которые включат в следующий блок. Они руководствуются несколькими факторами:

• Размер комиссии. Чем выше комиссия, тем выше шанс, что транзакция попадет в ближайший блок. Майнеры получают вознаграждение за обработку транзакций, поэтому предпочитают выгодные операции.
• Размер транзакции. Каждая транзакция занимает место в блоке. Если две операции предлагают одинаковую комиссию, но одна занимает меньше места, майнеры, скорее всего, выберут более компактную.
• Очередность. В некоторых случаях узлы учитывают порядок поступления транзакций. Однако это менее значимый фактор по сравнению с комиссией.

После выбора транзакции майнер включает ее в блок и подтверждает. Завершенная транзакция выходит из мемпула и становится частью блокчейна.

Предположим, вы отправляете 1 биткоин другому человеку. Когда транзакция отправляется в сеть, она проверяется узлами. Если баланс на вашем счете достаточен, а подпись верна, транзакция будет добавлена в мемпул. Затем майнеры выбирают её для включения в блок, и после этого транзакция подтверждается и становится частью блокчейна.

Перегрузка мемпула

Это происходит, когда объем неподтвержденных транзакций превышает возможности сети по их обработке. Перегрузка приводит к увеличению времени ожидания и росту комиссий.

Основные факторы, вызывающие перегрузку мемпула:

• В периоды ажиотажа на рынке криптовалют пользователи совершают больше операций. Например, во время роста цен на биткоин в декабре 2017 года объем транзакций резко увеличился, что привело к перегрузке мемпула.
• В сети биткоина блоки формируются примерно раз в 10 минут и имеют ограниченный размер (1–4 МБ с учетом SegWit), что накладывает ограничения на количество обрабатываемых транзакций.
• Пользователи, устанавливающие минимальную комиссию, рискуют зависнуть в мемпуле, поскольку майнеры отдают приоритет более выгодным транзакциям.
• Вредоносные пользователи могут отправлять большое количество транзакций с целью перегрузить сеть и повысить комиссии.

Чтобы снизить нагрузку на мемпул и повысить эффективность блокчейна, применяют следующие решения:

1. SegWit (Segregated Witness). Этот протокол уменьшает размер транзакций за счет вынесения подписи (witness data) за пределы основного блока. Это позволяет увеличить количество транзакций, помещающихся в один блок, и снизить нагрузку на мемпул.
2. Lightning Network. Это решение второго уровня, работающее поверх блокчейна. Оно позволяет проводить мгновенные и дешевые микроплатежи без записи каждой транзакции в основной блокчейн, что значительно снижает нагрузку на сеть.
3. Увеличить размер блока. Некоторые сети, например Bitcoin Cash, пошли по пути увеличения лимита блока, что позволяет обрабатывать больше транзакций за один раз.
4. Оптимизировать комиссии. Кошельки с динамическим выбором комиссии позволяют пользователям устанавливать оптимальный размер вознаграждения для майнеров, балансируя между скоростью и затратами.

Во время роста цен на биткоин в декабре 2017 года объем транзакций резко увеличился, а мемпул достиг более 100 тыс. неподтвержденных операций. Это привело к тому, что пользователи начали повышать комиссии, чтобы их переводы прошли быстрее. В пиковые моменты комиссия доходила до 50$ за транзакцию. Похожая ситуация произошла в 2021 году во время активного интереса к NFT и DeFi, когда мемпул Ethereum был перегружен, а комиссии в сети достигали рекордных значений.

Приоритет транзакций

Перевод денег в мемпуле обрабатываются не одновременно, а в порядке приоритета. Этот порядок зависит от ряда факторов, определяющих, какие транзакции попадут в следующий блок быстрее, а какие задержатся в мемпуле.

Размер комиссии. Майнеры получают вознаграждение за включение транзакций в блок. Чем выше комиссия, тем больше мотивации у майнеров выбрать именно эту транзакцию:

1. Высокая комиссия. Транзакция с высокой комиссией быстро попадет в новый блок, так как майнеры стремятся максимизировать свою прибыль.
2. Средняя комиссия. При умеренной комиссии транзакция может задержаться в мемпуле, если есть другие переводы с более выгодным вознаграждением для майнеров.
3. Низкая комиссия. Транзакция с минимальной комиссией может ожидать подтверждения часами или даже днями, особенно в загруженные периоды.

В ноябре 2022 года в сети биткоина наблюдалась высокая загруженность, и пользователи, установившие низкие комиссии (менее 5 сатоши за байт), ждали подтверждения более 24 часов, в то время как транзакции с комиссией 10+ сатоши за байт попадали в блок за 10–15 минут.

Размер транзакции. Они различаются по размеру (в байтах) в зависимости от количества входов и выходов:

1. Компактные транзакции. Используют мало данных, занимают меньше места в блоке и быстрее подтверждаются, особенно если они сопровождаются высокой комиссией.
2. Крупные транзакции. Занимают больше места в блоке, требуют больше вычислительных ресурсов для обработки и могут иметь меньший приоритет, даже если комиссия высокая.

2 транзакции имеют одинаковую комиссию 5 сатоши за байт. Одна занимает 200 байт, а другая — 500 байт. Майнеры предпочтут первую, так как она приносит тот же доход при меньшей нагрузке на блок.

По теме:

Безопасность в блокчейне: лучшие практики, распространенные угрозы

Токен в криптовалюте: виды, как создать свой, отличие от монеты

Время ожидания в мемпуле. Некоторые алгоритмы при выборе транзакций учитывают, как долго они находятся в мемпуле. Если сеть не перегружена, майнеры могут взять старые транзакции даже с низкой комиссией.

Если 2 транзакции имеют одинаковую комиссию и размер, но одна находится в мемпуле 5 минут, а другая 2 часа, есть шанс, что майнер выберет более старую, чтобы «очистить» мемпул.

Специфика блокчейна. Каждая сеть применяет собственные механизмы обработки транзакций:

1. Биткоин. Использует стандартную модель UTXO, где большое количество входов увеличивает размер транзакции.
2. Ethereum. В отличие от биткоина, стоимость транзакции зависит не от размера, а от количества используемых вычислительных операций (gas).

В Ethereum комиссия рассчитывается по формуле Gas Limit × Gas Price. Если контракт требует много вычислений (например, взаимодействие с DeFi-протоколом), он займет больше ресурсов, чем простая транзакция перевода ETH.

Приоритет транзакций в мемпуле зависит от комиссии, размера операции, времени ожидания и особенностей блокчейна. Чтобы ускорить обработку, пользователи могут:

1. Устанавливать конкурентоспособную комиссию. Использовать калькуляторы комиссий (например, mempool.space).
2. Оптимизировать размер транзакции. Отправлять переводы без лишних входов и выходов.
3. Использовать ускорители транзакций. Некоторые биржи и сервисы позволяют дополнительно оплатить ускорение подтверждения.

Эти факторы помогают избежать задержек и эффективно управлять криптовалютными переводами.

Закрепим

Мемпул — это временное хранилище неподтвержденных транзакций в блокчейне.

Как работает мемпул:

1. Кошелек создает транзакцию и отправляет в сеть.
2. Узлы проверяют подпись, баланс и корректность данных.
3. Транзакция попадает в мемпул и ожидает подтверждения.
4. Майнеры выбирают транзакции, ориентируясь на комиссию и размер.
5. Подтвержденные операции записываются в блокчейн.

Происходит из-за роста транзакций, ограниченного размера блока, низких комиссий и атак перегрузки. В результате возрастает время ожидания и комиссии. Решения: SegWit, Lightning Network, увеличение блока, динамические комиссии.

Приоритет транзакций:

• Комиссия. Высокая комиссия ускоряет подтверждение.
• Размер. Компактные транзакции проходят быстрее.
• Время ожидания. Долгождущие операции могут получить приоритет.
• Специфика сети. В биткоине учитывается размер, в Ethereum — вычислительная сложность.

Чтобы ускорить подтверждение, важно правильно настраивать комиссию и оптимизировать размер транзакций.

Фото на обложке: JuSun / Getty Images