MEMPOOL UND BLOCKCHAIN-TRANSAKTIONEN VERSTEHEN

Der Begriff „Mempool“ steht für „Speicherpool“ und bezeichnet die Sammlung unbestätigter Transaktionen, die an ein Blockchain-Netzwerk gesendet, aber noch keinem Block hinzugefügt wurden. Man kann ihn sich wie eine digitale Warteschlange oder einen Zwischenspeicher vorstellen, in dem Transaktionen auf ihre Bestätigung warten. Jeder Knoten in einem Blockchain-Netzwerk verwaltet seine eigene Version des Mempools, die sich fortlaufend aktualisiert, sobald neue Transaktionen eingehen oder bestätigt werden.Wenn ein Nutzer eine Transaktion initiiert, beispielsweise Bitcoin sendet, wird diese Transaktion von der Software des Nutzers validiert und anschließend an das Netzwerk gesendet. Sie wird nicht sofort in die Blockchain aufgenommen. Stattdessen gelangt sie in den Mempool, wo sie von einem Miner oder Validator ausgewählt wird, um in einen der nächsten Blöcke aufgenommen zu werden.

Der Mempool erfüllt mehrere wichtige Funktionen:

• Transaktionsmanagement: Hilft den Nodes bei der Verwaltung der zu validierenden Transaktionen.
• Gebührenmarkt: Transaktionen mit höheren Gebühren werden oft priorisiert, um schneller in Blöcke aufgenommen zu werden.
• Netzwerksynchronisierung: Hält die Nodes über ausstehende Transaktionen auf dem Laufenden.

Größe und Zustand des Mempools können die Bestätigungszeiten und Gebühren von Transaktionen erheblich beeinflussen. Bei hoher Netzwerkauslastung und einem überfüllten Mempool müssen Nutzer möglicherweise höhere Gebühren zahlen, um ihre Transaktionen zu priorisieren. Umgekehrt können die Gebühren in Zeiten geringer Aktivität sinken, da weniger Wettbewerb herrscht.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Mempool keine universelle, einheitliche Einheit ist. Da jeder Knoten seine eigene Version verwaltet, können verschiedene Knoten zu jedem Zeitpunkt leicht unterschiedliche Ansichten des Mempools haben. Das Kernkonzept bleibt jedoch gleich: Es handelt sich um einen temporären Speicherbereich für unbestätigte Transaktionen innerhalb der Blockchain-Infrastruktur.

Um zu verstehen, wie eine Transaktion in den Mempool gelangt, wird sie zunächst erstellt und über die Wallet oder Anwendung des Nutzers verbreitet. Hier ist eine schrittweise Aufschlüsselung des Prozesses:

1. Transaktionserstellung: Ein Nutzer oder eine Anwendung erstellt eine Transaktion und gibt dabei Absender, Empfänger und Betrag an. Kryptografische Signaturen gewährleisten die Authentizität und Integrität der Transaktion.
2. Validierung: Bevor die Transaktion verbreitet wird, wird sie lokal auf Korrektheit geprüft. Dabei wird sichergestellt, dass der Absender über ausreichend Guthaben verfügt und das Format korrekt ist.
3. Verbreitung: Die Transaktion wird anschließend an die mit der Wallet verbundenen Knoten verbreitet. Diese Knoten überprüfen sie anhand ihrer aktuellen Blockchain-Kopie und fügen sie, falls gültig, ihrem Mempool hinzu.
4. Verbreitung: Diese Knoten leiten die Transaktion an ihre Peers weiter, und sie breitet sich im gesamten Netzwerk aus. Knoten, die die Transaktion akzeptieren, fügen sie ihrem eigenen Mempool hinzu.

Die meisten Blockchain-Knoten wenden Regeln zur Verwaltung ihres Mempools an. Transaktionen müssen Kriterien hinsichtlich Größe, Gebührensatz und Gültigkeit erfüllen. Erfüllt eine Transaktion diese Schwellenwerte – typischerweise in Bezug auf die Transaktionsgebühr – nicht, kann sie abgelehnt oder auf unbestimmte Zeit verzögert werden.

Der Mempool dient als dynamischer Bereich, in dem Transaktionen temporär gespeichert werden. Knoten können Größenbeschränkungen für ihre Mempools implementieren, um Speicherressourcen zu schonen. Steigt die Anzahl unbestätigter Transaktionen über die Kapazität eines Knotens hinaus, können Transaktionen mit niedrigeren Gebühren verworfen werden, um Platz für Transaktionen mit höherer Priorität zu schaffen.

Transaktionen beinhalten üblicherweise eine Transaktionsgebühr, die als Miner-Gebühr oder Prioritätsgebühr bezeichnet wird. Diese Gebühren motivieren Miner oder Validatoren, eine Transaktion in den nächsten Block aufzunehmen. Bei hoher Netzwerkauslastung steigt der Wettbewerb um Blockspeicher, was die durchschnittlichen Gebühren im Mempool erhöht.Die Verweildauer einer Transaktion im Mempool hängt von der Netzwerkaktivität, der anfallenden Gebühr und der Geschwindigkeit der Blockgenerierung ab. Bleibt eine Transaktion über einen längeren Zeitraum unbestätigt, kann die sendende Wallet oder Anwendung dem Nutzer die Möglichkeit geben, die Transaktion durch eine Gebühr zu ersetzen („Replace-by-Fee“, RBF). Dadurch wird die Gebühr erhöht, um die Aufnahme in den Mempool zu beschleunigen, oder die Transaktion wird schließlich abgebrochen.

Sobald Transaktionen im Mempool sind, werden sie in einen Block aufgenommen – hier kommen die Konsensmechanismen der Blockchain zum Einsatz. In Netzwerken, die mit Proof-of-Work arbeiten (z. B. Bitcoin), sind Miner dafür verantwortlich, Transaktionen aus dem Mempool zu sammeln und in neu geschürfte Blöcke zu packen. So funktioniert der Prozess:Erstellung einer Blockvorlage: Ein Miner erstellt eine Blockvorlage, indem er aus dem Mempool eine Gruppe gültiger Transaktionen mit hohen Gebühren auswählt. Die Auswahl erfolgt oft aus wirtschaftlichen Gründen mit dem Ziel, die erzielten Gebühren zu maximieren.Nonce-Berechnung: Der Miner beginnt mit der Berechnung eines kryptografischen Rätsels, dem sogenannten Proof-of-Work. Dabei werden Variablen wie die Nonce so lange verändert, bis der resultierende Block-Hash bestimmte Schwierigkeitskriterien erfüllt.Blockveröffentlichung: Sobald ein Miner das Rätsel erfolgreich gelöst hat, wird der neue Block im Netzwerk veröffentlicht. Andere Knoten validieren die Transaktionen des Blocks und die Lösung des kryptografischen Rätsels.

Blockbestätigung: Wird der Block akzeptiert, werden seine Transaktionen aus dem Mempool entfernt, da sie nicht mehr ausstehend sind und nun Teil des unveränderlichen Blockchain-Datensatzes sind.

Bei Proof-of-Stake oder anderen Konsensmechanismen übernehmen Validatoren eine ähnliche Rolle wie Miner. Sie wählen Transaktionen anhand von Gebühren, Gültigkeit und Priorität aus. Die ausgewählten Transaktionen werden über einen vereinbarten Konsensmechanismus Teil des nächsten Blocks, der der Kette hinzugefügt wird.

Nicht jede Transaktion im Mempool schafft es in den nächsten Block. Blöcke haben Größenbeschränkungen (z. B. erzwingt Bitcoin eine Blockgröße von ca. 1 MB). Das bedeutet, dass nur ein Teil des Mempools – typischerweise die Transaktionen mit den höchsten Gebühren – ausgewählt wird. Dies führt zu einer Gebührenmarktdynamik, die Nutzer dazu anregt, wettbewerbsfähige Gebühren zu erheben, wenn sie schnelle Bestätigungen wünschen.

Besondere Aspekte können ebenfalls die Aufnahme beeinflussen:

• Zeitkritische Transaktionen: Einige Wallets kennzeichnen Transaktionen als dringend, basierend auf Fristen oder Ausführungsfenstern.
• Child-Pays-for-Parent (CPFP): Nutzer können ältere, feststeckende Transaktionen beschleunigen, indem sie abhängige Transaktionen mit höheren Gebühren hinzufügen.
• Transaktionsabhängigkeiten: Transaktionen, die von der Bestätigung anderer Transaktionen abhängen, werden nach Möglichkeit gruppiert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Weg einer Transaktion vom Broadcast bis zum Block mehrere Phasen umfasst: Validierung, Mempool-Aggregation, Auswahl des Miners oder Validators und die abschließende Bestätigung. Diese Mechanismen arbeiten zusammen, um die Integrität, Effizienz und Zuverlässigkeit von Blockchain-Netzwerken zu gewährleisten.