Cluster Mempool

Cluster Mempool 是 Bitcoin Core 正在開發的重大 mempool 重構。它將交易組織為 「clusters」（集群），提供更準確的費率計算、更好的 RBF 規則和更高效的區塊構建。

現有架構的問題

當前的 mempool 實現存在多個問題：

問題 1: 祖先/後代費率計算不準確

TX_A (1 sat/vB, 100 vB) → TX_B (10 sat/vB, 100 vB)
                       → TX_C (10 sat/vB, 100 vB)

當前計算:
TX_B 的祖先費率 = (100 + 1000) / 200 = 5.5 sat/vB
TX_C 的祖先費率 = (100 + 1000) / 200 = 5.5 sat/vB

問題: TX_A 的費用被重複計算！

問題 2: RBF 規則過於簡單
- 只看絕對費用，不考慮 mempool 激勵兼容性
- 容易被 pinning 攻擊利用

問題 3: 區塊模板構建效率低
- 需要持續重新計算優先級
- 難以處理複雜的依賴關係

Cluster 概念

Cluster 是一組相互連接的交易，形成一個連通的依賴圖：

Cluster 示例:

Cluster 1:          Cluster 2:
    A                   D
   / \                  |
  B   C                 E
       \
        F

規則:
- 每個交易恰好屬於一個 cluster
- Cluster 內的交易有依賴關係
- 不同 cluster 之間沒有依賴
- 新交易可能合併多個 cluster

線性化（Linearization）

每個 cluster 都有一個「線性化」順序，定義了最優的挖礦順序：

Cluster: A → B → C (A 是父交易)

可能的線性化:
1. [A, B, C] - 按依賴順序
2. [A, C, B] - 也有效

最優線性化: 最大化 "前綴費率"

示例:
A: 1 sat/vB, 100 vB
B: 5 sat/vB, 100 vB
C: 2 sat/vB, 100 vB

線性化 [A, B, C]:
- 前綴 [A]: 1 sat/vB
- 前綴 [A,B]: (100+500)/200 = 3 sat/vB
- 前綴 [A,B,C]: (100+500+200)/300 = 2.67 sat/vB

線性化 [A, C, B]:
- 前綴 [A]: 1 sat/vB
- 前綴 [A,C]: (100+200)/200 = 1.5 sat/vB
- 前綴 [A,C,B]: 2.67 sat/vB

[A, B, C] 更好（更早達到高費率）

Chunk 和費率圖

線性化產生的「chunks」定義了交易的實際挖礦優先級：

費率圖示例:

費率 ↑
     │    ┌───┐
 5   │    │ B │
     │    └───┘
 3   │  ┌─────────┐
     │  │   A+B   │ ← Chunk (一起挖)
     │  └─────────┘
 1   │┌───┐
     ││ A │
     │└───┘
     └─────────────→ 累積大小

Chunk: 線性化中費率遞減的連續段
- 同一 chunk 中的交易應一起被挖
- Chunk 費率 = chunk 總費用 / chunk 總大小

新的 RBF 規則

Cluster mempool 啟用了更合理的 RBF 規則：

// 舊規則 (BIP-125)
replacement.fee > sum(replaced_txs.fees)
replacement.feerate > replaced_tx.feerate

// 新規則 (基於激勵兼容性)
比較替換前後的 mempool 費率圖

替換有效，當且僅當:
1. 新費率圖在所有點都 >= 舊費率圖
   (對礦工永遠不更差)

2. 存在某個區塊大小，新圖嚴格更好
   (對礦工至少有時更好)

這自動處理:
- Package 費率考慮
- 無需固定的 "額外費用" 規則
- 防止 pinning 攻擊

Cluster 大小限制

// 提議的限制
MAX_CLUSTER_COUNT = 100      // 最大交易數
MAX_CLUSTER_SIZE = 101 KB    // 最大虛擬大小

// 為什麼需要限制？
- 線性化算法複雜度
- 驗證替換的計算成本
- 防止 DoS 攻擊

// 與舊限制的關係
舊: MAX_ANCESTORS = 25, MAX_DESCENDANTS = 25
    → 最壞情況 cluster 可達 625 交易

新: 直接限制 cluster 大小，更可預測

實現進度

對開發者的影響

// 行為變化

1. Package 限制變化
   舊: 25 祖先 + 25 後代
   新: 單個 cluster 限制

2. RBF 更容易成功
   - 只要對礦工更好就會被接受
   - 不再需要滿足任意的費用增量

3. 更準確的費率估算
   - getmempoolentry 將返回 chunk 費率
   - 更好地反映實際挖礦優先級

4. V3 交易
   - 仍然有效，提供額外保證
   - 與 cluster mempool 協同工作

API 變化

# 提議的新 RPC 字段

bitcoin-cli getmempoolentry <txid>
{
  ...
  "cluster_id": "abc123...",
  "cluster_size": 5,
  "chunk_feerate": 15.5,      // sat/vB
  "linearization_index": 2,   // 在 cluster 中的位置
  ...
}

bitcoin-cli getmempoolinfo
{
  ...
  "cluster_count": 1234,
  "max_cluster_size": 100,
  ...
}

與其他改進的關係

• Package Relay：Cluster mempool 使 package 評估更準確
• V3 Transactions：提供額外的拓撲保證
• Ephemeral Anchors：依賴 cluster mempool 的 package 處理
• TRUC：受益於更好的 RBF 規則

參考資源

未來展望

Cluster mempool 是 Bitcoin Core mempool 的根本性改進。完成後，它將：

• 使 RBF 更加公平和可預測
• 減少 pinning 攻擊的可能性
• 提高區塊構建效率
• 為未來的 mempool 功能鋪平道路