Was ist ein Mempool und wie funktioniert er?

Wenn Sie jemals eine Kryptowährungstransaktion durchgeführt haben, beispielsweise das Senden von Geldern an eine andere Wallet- Adresse, ist Ihnen möglicherweise eine Verzögerung aufgefallen. Diese verzögerten Transaktionen werden normalerweise in einem sogenannten „Mempool“ gespeichert.

In diesem Leitfaden wird detailliert beschrieben, was ein Mempool ist, wie er funktioniert und warum er ein wesentlicher Bestandteil einer Kryptowährungstransaktion ist.

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Was ist ein Mempool?

Ein Mempool ist eine Art „Warteraum“ auf dem Knoten einer Blockchain, in dem nicht abgebauten Transaktionen gespeichert werden. Der Begriff „Mempool“ ist eine Kombination aus zwei Wörtern – „Speicher“ und „Pool“ und bezieht sich auf den Raum, in dem ausstehende Transaktionen in der Schlange stehen, bevor sie der Blockchain hinzugefügt werden.

Bitcoin war die erste Blockchain, die das Konzept eines Transaktionsspeicherpools (Mempool) einführte und nutzte. Später übernahmen auch andere Blockchains wie Ethereum den Begriff. Alle Blockchains verfügen über eine Art Mempool, auch wenn sie möglicherweise einen anderen Begriff dafür haben. Beispielsweise verwendet die Parity-Blockchain den Begriff „Transaktionswarteschlange“, um Mempools in ihrer Kette darzustellen.

Rolle bei Blockchain-Transaktionen

Mempools spielen eine wichtige Rolle bei der Funktionsweise von Blockchain- Knoten. Damit eine Transaktion abgeschlossen und auf einer Blockchain aufgezeichnet werden kann, muss sie zunächst einem Block hinzugefügt werden. Allerdings können nicht alle Knoten in einem Blockchain-Netzwerk einen neuen Block erstellen. Beispielsweise können auf Blockchains, die mit einem Proof-of-Work- Mechanismus arbeiten, wie etwa Bitcoin, nur Miner Transaktionen zu einem neuen Block hinzufügen. Bei Blockchains, die einen Proof-of-Stake- Mechanismus verwenden, wie etwa Ethereum, können nur Validatoren oder Antragsteller Transaktionen zu einem Block hinzufügen.

Nach dem Initiieren einer Transaktion müssen sich Benutzer darauf verlassen, dass ein Miner oder ein Validator die Transaktion genehmigt und zur Blockchain hinzufügt. Dies geschieht nicht sofort. Stattdessen gibt es eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine Transaktion eingeleitet wurde, und dem Zeitpunkt, zu dem sie abgeschlossen wird. Während dieser Zeit wird die Transaktion in einem Mempool gespeichert und wartet auf die Bestätigung.

Wie funktioniert der Mempool?

Zunächst sollten Sie beachten, dass Blockchains nicht nur einen Mempool haben. Im Gegenteil: Jeder Knoten in einem bestimmten Blockchain-Netzwerk verfügt über einen eigenen Transaktionsspeicherpool. Beispielsweise verfügt jeder Knoten in der Bitcoin-Blockchain über einen eigenen Transaktionspool, der darauf wartet, dem öffentlichen Hauptbuch hinzugefügt zu werden. Zusammen bilden Mempools in einzelnen Knoten einen kollektiven Mempool.

Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, wird diese an einen Knoten gesendet. Der Knoten fügt die Transaktion dann seinem Mempool hinzu und stellt sie in eine Warteschlange, in der sie auf die Validierung wartet. Sobald die Transaktion validiert ist, wird sie als „ausstehend“ markiert. Miner können einem neuen Block nur Transaktionen hinzufügen, die als „ausstehend“ markiert sind.

Mempool-Dynamik und Transaktionslebenszyklus

Nehmen wir zur Veranschaulichung der Mempool-Dynamik und des Transaktionslebenszyklus an, dass Sie 0,01 BTC an einen Freund senden möchten.

1. Zuerst geben Sie die Wallet-Adresse Ihres Freundes ein, akzeptieren die Blockchain-Transaktionsgebühren und klicken dann auf „Senden“.

2. Die Transaktion wird als „Warteschlangentransaktion“ zum nächstgelegenen Mempool hinzugefügt.

3. Als nächstes wird die Transaktion an andere Knoten im Netzwerk übertragen, sie ist jedoch noch nicht in der Blockchain verfügbar. Stattdessen führt jeder Knoten individuelle Tests durch, um zu überprüfen, ob die Transaktion echt ist.

4. Wenn die Knoten die Transaktion genehmigen, ändert sich ihr Status von „in der Warteschlange“ auf „ausstehend“.

5. Schließlich wird die ausstehende Transaktion von einem Miner ausgewählt und einem neuen Block hinzugefügt.

6. Als nächstes sendet der Miner diesen Block an alle Knoten zurück. Dadurch haben nun alle Knoten Zugriff auf alle im neuen Block enthaltenen Transaktionen.

7. Zu diesem Zeitpunkt werden die Knoten, auf denen Ihre Transaktion noch in ihren Mempools gespeichert ist, diese löschen.

8. Schließlich ist Ihre Transaktion abgeschlossen und Ihr Freund erhält die 0,01 BTC.

Überlastung und Rückstand des Mempools

Eine Überlastung in einem Transaktions-Mempool tritt auf, wenn die Nachfrage nach Transaktionen die Anzahl der Transaktionen übersteigt, die in einen Block passen. Mehrere Faktoren können einen Mempool-Rückstand auslösen. Diese beinhalten:

• Überlastung im Netzwerk: Wenn im Blockchain-Netzwerk ein hohes Transaktionsvolumen auftritt, wird der verfügbare Blockraum unter Druck gesetzt, was schließlich zu einer Überlastung des Mempools führt. Beispielsweise liegt die durchschnittliche Anzahl der Transaktionen in einem Block in der Bitcoin-Blockchain derzeit bei etwa 2800. Wenn die Anzahl der ausstehenden Transaktionen diese Zahl mehrere Stunden lang deutlich übersteigt, kommt es zu einer Überlastung des Netzwerks und damit auch der Mempools.

Durchschnittliche Bitcoin-Transaktionen pro Blockdiagramm: Ycharts.com

• Ereignisse oder Neuigkeiten: Ereignisse und Neuigkeiten, die sich direkt auf die Blockchain-Branche auswirken, wie die Einführung von Token, Airdrops oder die Unterstützung berühmter Persönlichkeiten, können zu plötzlichen Spitzen bei der Transaktionsnachfrage führen. Diese Spitzen können zu einem vorübergehenden Mempool-Rückstand führen.
• Forks oder Netzwerk-Upgrades: Netzwerkaktivitäten wie Forks oder ein Upgrade auf ein Blockchain-Netzwerk können zu einer vorübergehenden Überlastung des Mempools führen, da die Knoten im Netzwerk die Änderungen aktualisieren.

Für Benutzer und Entwickler ist es wichtig, diese Faktoren zu verstehen und zu verstehen, wie sie sich auf die Überlastung des Mempools auswirken. Es ermöglicht ihnen, potenzielle Verzögerungen zu antizipieren und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen, um Gasgebühren zu sparen und Verzögerungen zu vermeiden.

Verwaltung der Transaktionspriorität und Gebühren

Da viele Transaktionen gleichzeitig stattfinden, gibt es mehrere Faktoren, die bestimmen, welche Transaktionen innerhalb eines Mempools priorisiert werden. Einige davon heben wir im Folgenden hervor.

Gebührenschätzung und Transaktionseinbeziehung

Einer der Hauptfaktoren, der die Reihenfolge der Ausführung von Transaktionen innerhalb eines Mempools bestimmt, sind die mit jeder Transaktion verbundenen Gebühren. Miner und Validatoren sind gewinnorientiert und können entscheiden, welche Transaktionen sie einem neuen Block hinzufügen möchten. Es überrascht nicht, dass sie Transaktionen mit höheren Gebühren bevorzugen, da dies zu höheren Erträgen führt.

Daher haben die mit einer Transaktion verbundenen Gebühren einen großen Einfluss auf die Chancen, in einen Block aufgenommen zu werden. Miner organisieren Transaktionen innerhalb ihrer Mempools normalerweise anhand von Gebühren pro Transaktionsdateneinheit, üblicherweise dargestellt als Satoshis/Byte. Von dort aus priorisieren sie Transaktionen mit den höchsten Gebührensätzen, bis der Block voll ist.

Dieser kostenpflichtige Ansatz schafft einen wettbewerbsorientierten Markt innerhalb von Mempools. Es zwingt Benutzer dazu, zwischen der Zahlung höherer Gebühren für eine schnelle Transaktionsabwicklung oder niedrigeren Gebühren auf Kosten längerer Wartezeiten zu wählen.

Dennoch können Nutzer die optimale Gebühr abschätzen, die nicht zu teuer ist, aber dennoch eine zeitnahe Bestätigung sichert. Dies kann durch die Berücksichtigung einiger Faktoren wie historische Daten, Transaktionsvolumen, Netzwerküberlastung und Gebührenverteilung innerhalb des Mempools erreicht werden. Die meisten gängigen Plattformen wie Krypto-Wallets und Börsen verfügen über Tools, die den aktuellen Zustand eines Mempools analysieren und die am besten geeigneten Gebühren empfehlen können.

Dennoch ist die Erstellung genauer Gebührenschätzungen keine exakte Wissenschaft, und es bleiben Herausforderungen bestehen. Beispielsweise können sich die Netzwerkbedingungen schnell ändern, wodurch historische Daten unzuverlässig werden. Darüber hinaus können die Gebühren in Zeiten hoher Nachfrage stark schwanken, was zu unerwarteten Gebührenschwankungen führen kann.

Auswirkungen einer Netzwerküberlastung

Eine Netzwerküberlastung wirkt sich auf verschiedene Weise auf die Verarbeitung von Transaktionen und die Dynamik der Gasgebühren aus:

1. Längere Bestätigungszeiten: Wenn es zu einer Überlastung kommt, beginnen die Bergleute, Transaktionen zu priorisieren, die höhere Gasgebühren zahlen. Dies führt in der Regel zu längeren Bestätigungszeiten. Wenn der Mempool weiterhin überlastet bleibt, kann die Durchführung von Transaktionen mit den niedrigsten Gasgebühren Stunden oder sogar Tage dauern.
2. Gebührenwettbewerb: Eine Überlastung des Mempools führt häufig dazu, dass Benutzer miteinander konkurrieren, um ihre Transaktionen schnell einem Block hinzuzufügen. Das bedeutet, dass Sie höhere Gebühren zahlen müssen, damit Miner oder Validatoren Ihre Transaktion priorisieren. Dies führt zu höheren Gebühren während der Hauptverkehrszeiten.

Mempool-Synchronisierung und Blockspeicher

Mempools müssen keine übereinstimmende Liste aller Transaktionen führen, die darauf warten, einem Block hinzugefügt zu werden. Sie müssen jedoch wissen, welche Transaktionen bereits zur Blockchain hinzugefügt wurden, damit sie diese aus ihrem Mempool entfernen können, falls sie dort noch gespeichert sind. Wenn ein Miner einen neuen Block an die Knoten sendet, kann er diese Informationen überprüfen und so eine Mempool-Synchronisierung erreichen. Dadurch wird sichergestellt, dass nur nicht abgebauten Transaktionen in Mempools gespeichert werden.

Der Blockraum hingegen ist die verfügbare Kapazität, um Transaktionen in einen neuen Block aufzunehmen. Da dieser Platz begrenzt ist, priorisieren Miner oder Validatoren Transaktionen mit höheren Gasgebühren, während der Rest an die Mempools gesendet wird und auf Bestätigungen wartet.

Mempool-Größe und Räumung

Jede einem Mempool hinzugefügte Transaktion ist ein Datenelement, das nicht größer als ein paar Kilobyte (kb) ist. Die Summe aller Bytes, aus denen die Transaktionen bestehen, ergibt die Größe des Mempools. Eine größere Mempool-Größe weist darauf hin, dass zahlreiche Transaktionen auf eine Bestätigung warten. Dies könnte auch auf einen Anstieg des Netzwerkverkehrs hinweisen.

Mempool-Größentabelle. Quelle: Blockchain.com

Während Mempools keine vordefinierte maximale Größe haben, können Knoten Größenbeschränkungen für ihre Mempools festlegen. Normalerweise beträgt die Größe für Bitcoin 300 MB. Wenn der Mempool diesen Schwellenwert erreicht, können Knoten eine Mindesttransaktionsgebühr vorschreiben. Alle Transaktionen mit einem Gebührensatz, der unter diesem Limit liegt, werden aus dem Mempool entfernt. Auf diese Weise können Knoten einen Absturz aufgrund einer Überlastung ausstehender Transaktionen vermeiden.

Es ist wichtig zu verstehen, wie sich die Mempool-Größe auf Transaktionsgebühren und -zeiten auswirkt, da Benutzer so die besten Zeiten für die Durchführung einer Transaktion auswählen können. Es gibt mehrere Websites, die die globale Mempool-Größe im Bitcoin-Netzwerk verfolgen, beispielsweise mempool.space und BitcoinTicker.co.

Mempool in Bitcoin- und Ethereum-Netzwerken

Schauen wir uns nun an, wie Mempools in Bitcoin und Ethereum, den beiden größten Blockchains weltweit, funktionieren.

Bitcoin-Mempool

Alle über das Bitcoin-Netzwerk gesendeten gültigen Transaktionen werden nicht sofort zur Blockchain hinzugefügt. Sie müssen im Bitcoin-Mempool warten.

Ursprünglich wurden die Transaktionsgebühren bei Bitcoin in der Anzahl der Satoshis pro Byte der Transaktion gemessen. Dies änderte sich jedoch nach dem SegWit-Upgrade. Jetzt werden Transaktionen in einem Bitcoin-Mempool in Gewichtseinheiten gemessen. Mit diesem Upgrade wurde eine sogenannte SegWit-Funktion eingeführt.

Durch das Upgrade können Bitcoin-Blöcke nun bis zu viermal mehr Transaktionen aufnehmen.

Ethereum-Mempool

Wie Bitcoin nutzte auch die Ethereum-Blockchain zunächst den Ethereum-Mempool, um als temporärer Speicher für Transaktionen zu dienen, die darauf warteten, von Minern einem Block hinzugefügt zu werden. Nachdem Ethereum jedoch von einem Proof-of-Work- zu einem Proof-of-Stake-Konsensmechanismus übergegangen war, führte das Netzwerk das Konzept eines Block-Builders ein.

Block-Builder sind spezialisierte Drittanbieter-Entitäten, die Transaktionen kompilieren, um ein optimiertes Transaktionsbündel zu erstellen, das einen Block bilden kann. Sie tun dies, indem sie bestimmte Transaktionen aus einem Transaktionsspeicherpool neu anordnen oder in das Paket aufnehmen. Schließlich bieten sie die Pakete Antragstellern/Validatoren gegen eine Gebühr zur Aufnahme in einen Block an.

Der Wert eines Blocks hängt von den darin enthaltenen Transaktionen ab. Daher bietet es Blockbauern einen Anreiz, die lukrativsten Blöcke zu erstellen, da diese wahrscheinlich schneller von Validatoren priorisiert und bestätigt werden. Folglich gilt, wie auch bei anderen Blockchains: Je mehr Gebühren Sie bei Ethereum zahlen, desto höher sind die Chancen, dass Ihre Transaktion früher bestätigt wird.

Mempools sind der Schlüssel zu dezentralen Transaktionen

Ein Mempool ist eine wichtige Komponente bei Blockchain-Transaktionen. Es fungiert als eine Art „Warteraum“, in dem unbestätigte Transaktionen auf ihre Validierung und schließlich auf die Aufnahme in einen neuen Block warten. Für Benutzer von Kryptowährungen ist es wichtig, die Mechanismen eines Mempools zu verstehen, wie z. B. Transaktionswarteschlangen, Validierung und Gebührenpriorisierung.

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