Mempool | 21dev.org

概述

Mempool（Memory Pool）是每個比特幣節點維護的未確認交易池。當交易被廣播到網路但尚未被打包進區塊時，它們會暫存在 mempool 中。礦工從 mempool 選擇交易來構建下一個區塊。

關鍵概念： 每個節點的 mempool 可能不同。沒有「全局 mempool」的概念。交易可能在某些節點的 mempool 中，而不在其他節點中。

Mempool 結構

交易條目

每個 mempool 條目包含：

交易數據：完整的序列化交易
手續費：交易支付的總手續費
虛擬大小：考慮 SegWit 折扣後的大小
進入時間：交易進入 mempool 的時間
祖先資訊：依賴的未確認交易
後代資訊：依賴此交易的其他交易

索引結構

Mempool 維護多個索引:

1. txid 索引
   - 快速查找特定交易
   - O(1) 查找時間

2. 祖先費率索引
   - 用於挖礦排序
   - 考慮整個交易包的費率

3. 時間索引
   - 用於清理過期交易
   - 追蹤交易在 mempool 中的時間

4. 後代索引
   - 追蹤交易依賴關係
   - 用於 RBF 和 CPFP

手續費估算

費率單位

sat/vB (satoshis per virtual byte)
- vB = 虛擬字節，考慮 SegWit 折扣
- 傳統交易: 1 byte = 1 vB
- SegWit witness: 1 byte = 0.25 vB

範例:
- 傳統 P2PKH: ~226 bytes = 226 vB
- SegWit P2WPKH: ~141 bytes, 110 vB
- 費率 10 sat/vB, P2WPKH 手續費 ≈ 1,100 sat

估算策略

確認目標	典型費率	說明
1 區塊	高	下一區塊確認，需要高於 mempool 中大多數交易
6 區塊	中	約 1 小時內確認
144 區塊	低	約 1 天內確認，可以使用較低費率

RPC 命令

# 估算手續費（目標 6 區塊確認）
bitcoin-cli estimatesmartfee 6

# 結果
{
  "feerate": 0.00012500,  # BTC/kB
  "blocks": 6
}

# 轉換為 sat/vB: 0.00012500 * 100000000 / 1000 = 12.5 sat/vB

RBF (Replace-By-Fee)

RBF 允許用更高手續費的新交易替換 mempool 中的舊交易。這是加速交易確認的主要方法。

BIP-125 規則

原交易必須標記為可替換（nSequence < 0xfffffffe）
替換交易必須支付更高的絕對手續費
替換交易的費率必須高於原交易
替換交易不能添加新的未確認輸入
替換交易必須支付額外費用覆蓋被替換交易的大小

信號 RBF

// 在交易輸入中設置 nSequence
interface TxInput {
  txid: string;
  vout: number;
  sequence: number;  // < 0xfffffffe 表示可替換
}

// 標記為可替換
const replaceableInput: TxInput = {
  txid: '...',
  vout: 0,
  sequence: 0xfffffffd,  // 可替換
};

// 不可替換（預設）
const finalInput: TxInput = {
  txid: '...',
  vout: 0,
  sequence: 0xffffffff,  // 最終
};

執行替換

# 使用 bitcoin-cli 進行 RBF
# 1. 創建原交易（標記可替換）
bitcoin-cli createrawtransaction \
  '[{"txid":"...", "vout":0, "sequence":4294967293}]' \
  '{"bc1q...": 0.001}'

# 2. 簽名並發送
bitcoin-cli signrawtransactionwithwallet <hex>
bitcoin-cli sendrawtransaction <signed_hex>

# 3. 創建替換交易（更高手續費）
bitcoin-cli createrawtransaction \
  '[{"txid":"...", "vout":0, "sequence":4294967293}]' \
  '{"bc1q...": 0.0009}'  # 更少輸出 = 更高手續費

# 4. 簽名並發送替換交易
bitcoin-cli signrawtransactionwithwallet <new_hex>
bitcoin-cli sendrawtransaction <new_signed_hex>

CPFP (Child-Pays-For-Parent)

當無法使用 RBF 時（交易未標記可替換或不控制輸入），可以創建一個高手續費的子交易來「拉動」父交易。

CPFP 原理:

父交易 (低手續費)
├── 輸出 0: 給接收者
└── 輸出 1: 找零給自己

子交易 (高手續費)
└── 輸入: 父交易的找零輸出

礦工會將父子交易視為一個包（package），
如果組合費率夠高，就會一起打包。

計算組合費率

interface Transaction {
  vsize: number;
  fee: number;
}

function calculatePackageRate(
  parent: Transaction,
  child: Transaction
): number {
  const totalFee = parent.fee + child.fee;
  const totalVsize = parent.vsize + child.vsize;
  return totalFee / totalVsize;
}

// 範例
const parent = { vsize: 200, fee: 200 };   // 1 sat/vB
const child = { vsize: 150, fee: 3000 };   // 20 sat/vB

const packageRate = calculatePackageRate(parent, child);
// (200 + 3000) / (200 + 150) = 9.14 sat/vB

Mempool 政策

接受規則

規則	預設值	說明
最小費率	1 sat/vB	低於此費率的交易被拒絕
最大大小	100 kB	標準交易大小上限
祖先限制	25 交易	最大未確認祖先數量
後代限制	25 交易	最大未確認後代數量
塵埃限制	546 sat	輸出金額下限

配置選項

# bitcoin.conf

# Mempool 大小限制（MB）
maxmempool=300

# 最小交易費率（BTC/kB）
minrelaytxfee=0.00001

# 允許 RBF
walletrbf=1

# 驅逐期限（小時）
mempoolexpiry=336

交易驅逐

當 mempool 達到大小限制時，低費率的交易會被驅逐：

按祖先費率排序所有交易
從最低費率開始驅逐
驅逐時也移除所有後代交易
直到 mempool 回到目標大小以下

驅逐優先級（從低到高）:
1. 費率最低的交易
2. 在 mempool 中時間最長的交易
3. 有大量後代的交易（驅逐後節省更多空間）

TypeScript 實作

查詢 Mempool 資訊

import { JSONRPCClient } from 'json-rpc-2.0';

const client = new JSONRPCClient((request) =>
  fetch('http://localhost:8332', {
    method: 'POST',
    headers: {
      'Content-Type': 'application/json',
      'Authorization': 'Basic ' + btoa('user:password'),
    },
    body: JSON.stringify(request),
  }).then((response) => response.json())
);

interface MempoolInfo {
  loaded: boolean;
  size: number;           // 交易數量
  bytes: number;          // 總大小
  usage: number;          // 記憶體使用
  maxmempool: number;     // 最大大小
  mempoolminfee: number;  // 最低費率
  minrelaytxfee: number;  // 最低中繼費率
}

async function getMempoolInfo(): Promise<MempoolInfo> {
  return client.request('getmempoolinfo', []);
}

// 獲取 mempool 中所有交易 ID
async function getRawMempool(): Promise<string[]> {
  return client.request('getrawmempool', [false]);
}

// 獲取詳細資訊
interface MempoolEntry {
  vsize: number;
  weight: number;
  fee: number;
  modifiedfee: number;
  time: number;
  height: number;
  descendantcount: number;
  descendantsize: number;
  descendantfees: number;
  ancestorcount: number;
  ancestorsize: number;
  ancestorfees: number;
  depends: string[];
  spentby: string[];
}

async function getMempoolEntry(txid: string): Promise<MempoolEntry> {
  return client.request('getmempoolentry', [txid]);
}

手續費估算

interface FeeEstimate {
  feerate?: number;  // BTC/kB
  errors?: string[];
  blocks: number;
}

async function estimateFee(
  blocks: number,
  mode: 'ECONOMICAL' | 'CONSERVATIVE' = 'ECONOMICAL'
): Promise<number> {
  const result: FeeEstimate = await client.request('estimatesmartfee', [
    blocks,
    mode,
  ]);

  if (!result.feerate) {
    throw new Error(result.errors?.join(', ') || 'Cannot estimate fee');
  }

  // 轉換為 sat/vB
  return Math.ceil(result.feerate * 100000);
}

// 根據優先級獲取推薦費率
async function getRecommendedFees(): Promise<{
  fastest: number;
  halfHour: number;
  hour: number;
  economy: number;
}> {
  const [fastest, halfHour, hour, economy] = await Promise.all([
    estimateFee(1),
    estimateFee(3),
    estimateFee(6),
    estimateFee(144),
  ]);

  return { fastest, halfHour, hour, economy };
}

RBF 交易替換

import * as bitcoin from 'bitcoinjs-lib';

interface RBFOptions {
  originalTxHex: string;
  newFeeRate: number;  // sat/vB
  privateKey: Buffer;
}

async function createRBFTransaction(options: RBFOptions): Promise<string> {
  const tx = bitcoin.Transaction.fromHex(options.originalTxHex);

  // 確保輸入標記為可替換
  for (const input of tx.ins) {
    if (input.sequence === 0xffffffff) {
      throw new Error('Transaction is not marked as replaceable');
    }
  }

  // 計算新的手續費
  const currentFee = await calculateTxFee(tx);
  const vsize = tx.virtualSize();
  const newFee = vsize * options.newFeeRate;

  if (newFee <= currentFee) {
    throw new Error('New fee must be higher than current fee');
  }

  // 調整輸出金額以增加手續費
  const feeIncrease = newFee - currentFee;
  const lastOutput = tx.outs[tx.outs.length - 1];

  if (lastOutput.value < feeIncrease) {
    throw new Error('Insufficient funds to increase fee');
  }

  lastOutput.value -= feeIncrease;

  // 重新簽名
  const keyPair = bitcoin.ECPair.fromPrivateKey(options.privateKey);
  // ... 簽名邏輯

  return tx.toHex();
}

Mempool 監控

訂閱新交易

import { WebSocket } from 'ws';

// 使用 ZMQ 訂閱（需要 Bitcoin Core 啟用 ZMQ）
function subscribeToNewTransactions(
  zmqEndpoint: string,
  onTransaction: (txid: string, rawTx: Buffer) => void
) {
  const zmq = require('zeromq');
  const socket = zmq.socket('sub');

  socket.connect(zmqEndpoint);
  socket.subscribe('rawtx');
  socket.subscribe('hashtx');

  socket.on('message', (topic: Buffer, message: Buffer) => {
    const topicStr = topic.toString();

    if (topicStr === 'hashtx') {
      const txid = message.toString('hex');
      console.log('New transaction:', txid);
    } else if (topicStr === 'rawtx') {
      const tx = bitcoin.Transaction.fromBuffer(message);
      onTransaction(tx.getId(), message);
    }
  });

  return () => socket.close();
}

// Bitcoin Core 配置
// zmqpubrawtx=tcp://127.0.0.1:28332
// zmqpubhashtx=tcp://127.0.0.1:28332

最佳實踐

始終使用 RBF：標記交易為可替換，保留加速選項
適當的費率估算：根據確認時間需求選擇費率
監控 mempool 狀態：高峰期調整費率策略
批次交易：多個支付合併為一個交易節省費用
使用 SegWit：降低交易虛擬大小

概述

Mempool 結構

交易條目

索引結構

手續費估算

費率單位

估算策略

RPC 命令

RBF (Replace-By-Fee)

BIP-125 規則

信號 RBF

執行替換

CPFP (Child-Pays-For-Parent)

計算組合費率

Mempool 政策

接受規則

配置選項

交易驅逐

TypeScript 實作

查詢 Mempool 資訊

手續費估算

RBF 交易替換

Mempool 監控

訂閱新交易

最佳實踐

相關資源