Bitaigen Research 
本文介紹了內存池在加密貨幣交易中的關鍵作用，協助讀者深入了解其概念與運作原理，重點關注內存池中交易的動態與生命週期，並分析導致網路擁塞與延遲的原因。
如果您曾經進行過加密貨幣轉帳（例如向另一個錢包位址發送資金），應該注意到該過程可能出現的延遲。延遲的交易通常會被保存到一個叫做「內存池」的地方。
本文將詳細闡述內存池的概念與工作機制，並說明它為何是加密貨幣交易不可或缺的組成部分。
我們在本篇中深入剖析內存池的本質與運作，闡明交易從發起到上鏈的每一步關鍵環節，並探討導致網路堵塞的根源。透過清晰的示意與案例，協助讀者掌握如何判斷交易延遲的原因以及優化打包的思路，後續章節更有實作建議，值得細讀。
*本說明僅供參考，台灣金融監督管理委員會提醒，數位資產交易涉及風險，請自行評估法規風險。*
什麼是內存池？
內存池（Mempool）是區塊鏈節點上的一種「等候室」，用於存放尚未被挖掘的交易。術語由「內存」與「池」組合而成，指的是待處理交易在加入區塊鏈之前排隊等待的空間。
比特幣是首個引入並使用交易內存池概念的區塊鏈。隨後，以太坊等其他鏈也採納了此機制。所有區塊鏈皆具備某種形式的內存池，只是稱呼可能不同。例如，Parity 區塊鏈將其稱為「交易隊列」。
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內存池在區塊鏈交易中的作用
內存池在節點的運作中扮演重要角色。要讓一筆交易完成並記錄在區塊鏈上，必須先將其加入區塊。並非網路中的所有節點都能建立新區塊——在採用工作量證明（PoW）的比特幣等鏈上，僅有礦工可以將交易寫入新塊；在採用權益證明（PoS）的以太坊等鏈上，則只有驗證者或提議者具備此權限。
使用者發起交易後，需要依賴礦工或驗證者批准並將其寫入區塊，這一過程並非瞬間完成。交易從發起到最終確認之間會有一定的延遲，在此期間交易會被存放在內存池中等待處理。
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內存池如何工作？
需要注意的是，區塊鏈並非只有一個統一的內存池。網路中的每個節點都擁有自己的交易內存池，例如比特幣網路的每個節點都有一套待加入公共帳本的交易池。這些節點的內存池共同形成了一個整體的交易等待區。
使用者發起交易後，交易會被廣播到節點。節點隨後將交易加入本地內存池並排隊等待驗證。驗證通過後，交易會被標記為「待處理」。只有標記為「待處理」的交易才會被礦工選入新區塊。
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內存池動態與交易生命週期
為便於說明，假設您向朋友傳送 0.01 BTC。
- 在錢包中填寫朋友的位址並確認交易手續費後，點擊「送出」。
- 交易被加入最近的內存池，狀態為「已排隊」。
- 交易隨後廣播至網路中的其他節點，此時尚未出現在區塊鏈上。每個節點會獨立進行驗證。
- 若節點批准交易，其狀態會從「已排隊」變為「待處理」。
- 待處理的交易最終被礦工挑選並寫入新塊。
- 礦工將該區塊廣播給所有節點，所有節點隨即取得包含該交易的新區塊。
- 此時，仍保有該交易的節點會從內存池中刪除它。
- 交易完成，您的朋友收到 0.01 BTC。
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內存池擁塞與積壓
當內存池中的交易數量超過單個區塊能容納的上限時，就會出現擁塞。導致內存池積壓的常見因素包括：
- 網路擁塞：交易量激增會壓迫可用區塊空間，進而引發內存池堵塞。例如，比特幣區塊的平均交易數約為 2800 筆；若待處理交易在數小時內遠超該數量，網路將出現擁塞，內存池隨之膨脹。
圖：比特幣每個區塊的平均交易數量。來源：Ycharts.com
- 事件或新聞：代幣發行、空投或知名人物表態等事件會瞬間提升交易需求，導致短期內內存池積壓。
- 分叉或網路升級：在鏈分叉或升級期間，節點更新過程可能引發短暫的內存池擁塞。
了解這些因素及其對內存池的影響，有助於使用者與開發者預測潛在延遲，並在必要時調整 gas 手續費以降低等待時間。
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管理交易優先順序與費用
由於交易並發量大，內存池中交易的處理順序受多重因素影響，下面重點說明幾個關鍵因素。
費用估算與入塊機率
決定交易在內存池中排序的主要因素之一是所支付的費用。礦工和驗證者受利潤驅動，會優先選擇費用較高的交易進行打包。通常，礦工按照每單位資料的費用（如聰/位元組）對交易進行排序，費用最高的交易先被寫入區塊，直至區塊容量被占滿。
這種費用競爭機制形成了一個市場，使用者需要在支付較高費用以快速確認與支付較低費用但等待較久之間做出權衡。大多數錢包與交易所提供費用估算工具，能依據歷史資料、當前網路擁塞程度與內存池費用分佈，推薦一個相對合理的費用水平。
然而，費用估算並非精確科學。網路狀況可能瞬間變化，使得歷史資料失效；在需求高峰期，費用波動劇烈，難以準確預測。
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網路擁塞的影響
網路擁塞會透過以下方式影響交易處理與費用：
- 確認時間延長：擁堵時礦工優先處理高 gas 費的交易，低費交易的確認時間可能從數分鐘延長至數小時甚至數天。
- 費用競爭加劇：使用者為搶佔區塊空間會提高費用，導致高峰期費用整體上升。
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內存池同步與區塊空間
內存池不必永久保存所有待確認的交易，只需知道哪些交易已被寫入區塊，以便將其從內存池中移除。當礦工向節點廣播新區塊時，節點即可依據區塊內容同步內存池，確保僅保留尚未確認的交易。
區塊空間是指在新區塊中能容納交易的容量。由於此空間有限，礦工或驗證者會優先選擇 gas 手續費較高的交易，其餘交易則繼續留在內存池等待下一次機會。
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內存池大小與交易驅逐
每筆加入內存池的交易資料量通常在數千位元組以內，所有交易位元組的總和即為內存池的大小。內存池越大，說明有大量交易在等待確認，往往伴隨網路流量的激增。
圖：內存池大小。來源：Blockchain.com
雖然內存池本身沒有固定上限，但節點可以自行設定大小限制。例如，比特幣節點常將內存池上限設為 300 MB。當內存池達到該門檻時，節點會強制執行最低費用要求，費用低於此標準的交易將被驅逐，以防止節點因待處理交易過多而崩潰。
了解內存池大小對費用和確認時間的影響，有助於使用者選擇合適的交易時機。全球範圍內可查詢比特幣內存池狀態的站點包括 mempool.space、BitcoinTicker.co 等。
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比特幣與以太坊網路的內存池
下面簡要比較兩大主流鏈的內存池實作。
比特幣內存池
比特幣網路中的所有有效交易在被寫入區塊鏈前，皆會先進入內存池等待。最初，交易費用以每位元組的聰（satoshi）計量；自 SegWit 升級後，費用改為以「權重單位」計。此升級使單個區塊的容量提升至原來的四倍，從而提高了吞吐能力。
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以太坊內存池
以太坊同樣使用內存池存放待打包的交易。自從從 PoW 轉向 PoS 後，引入了「區塊建構者」（builder）的概念。建構者是專業化的第三方實體，負責對交易重新排序或打包，以產生收益最高的區塊提案。建構者向提議者/驗證者支付費用，以使其捆綁包被納入區塊。由於區塊價值取決於所包含交易的費用，總體上支付較高費用的交易更有可能被優先確認。
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內存池是去中心化交易的關鍵
內存池是區塊鏈交易流程中的重要環節，充當「等候室」角色
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