メモリプールとブロックチェーントランザクションの理解

「mempool」という用語は「メモリプール」の略で、ブロックチェーンネットワークにブロードキャストされたものの、まだブロックに追加されていない未確認のトランザクションの集合を指します。トランザクションが確認を待つデジタルキューまたは保留領域と考えてください。ブロックチェーンネットワーク内の各ノードは、独自のmempoolを維持しており、新しいトランザクションが受信または確認されるたびに継続的に更新されます。

ユーザーがビットコインの送信などのトランザクションを開始すると、そのトランザクションはユーザーのソフトウェアによって検証され、ネットワークにブロードキャストされます。トランザクションはすぐにブロックチェーンに追加されるわけではありません。代わりに、メモリプールに入り、マイナーまたはバリデーターによって選択され、次のブロックに追加されるのを待ちます。

メモリプールにはいくつかの重要な機能があります。

• トランザクション管理: ノードが検証が必要なトランザクションを管理するのに役立ちます。
• 手数料市場: 手数料の高いトランザクションは、ブロックへの追加を早めるために優先されることが多いです。
• ネットワーク同期: 保留中のトランザクションについてノードに最新情報を提供します。

メモリプールのサイズと状態は、トランザクションの承認時間と手数料に大きな影響を与える可能性があります。ネットワークが混雑し、メモリプールが混雑している場合、ユーザーはトランザクションを優先するために高い手数料を支払う必要がある場合があります。逆に、アクティビティが低い時期には、競争が少ないため手数料が下がる可能性があります。

メモリプールは普遍的な単一の存在ではないことに注意することが重要です。各ノードが独自のバージョンを保持しているため、異なるノード間ではメモリプールの見え方が若干異なる場合があります。しかし、基本的な概念は変わりません。メモリプールは、ブロックチェーンインフラストラクチャ内で未確認のトランザクションを一時的に保持する領域です。

トランザクションがメモリプールに入る仕組みを理解するには、まずユーザーのウォレットまたはアプリケーションを通じてトランザクションを作成し、ブロードキャストすることから始まります。このプロセスを段階的に説明します。

1. トランザクションの作成: ユーザーまたはアプリケーションは、送信者、受信者、金額を指定してトランザクションを構築します。暗号署名によって、トランザクションの真正性と整合性が保証されます。
2. 検証: トランザクションは伝播される前に、ローカルで正当性が検証されます。つまり、送信者に十分な資金があり、フォーマットが正しいことが確認されます。
3. ブロードキャスト: トランザクションはウォレットに接続されたノードにブロードキャストされます。これらのノードは、自身のブロックチェーンの最新コピーと照合してトランザクションを検証し、有効と判断された場合は、自身のメモリプールに追加します。
4. 伝播: これらのノードはトランザクションをピアに中継し、トランザクションはネットワーク全体に伝播し続けます。トランザクションを受け入れたノードは、それを自身のメモリプールに追加します。

ほとんどのブロックチェーンノードは、メモリプールを管理するためのルールを適用しています。トランザクションは、サイズ、手数料率、有効性に関する基準を満たす必要があります。トランザクションがこれらのしきい値（通常はトランザクション手数料）を満たさない場合、拒否されるか、無期限に遅延される可能性があります。

メモリプールは、トランザクションが一時的に保存される動的な領域として機能します。ノードは、メモリリソースを節約するために、メモリプールにサイズ制限を実装する場合があります。未確認トランザクションの数がノードの容量を超えた場合、手数料の低いトランザクションが破棄され、優先度の高いトランザクションのためのスペースが確保されることがあります。

トランザクションには通常、マイナー手数料または優先手数料と呼ばれるトランザクション手数料が含まれます。これらの手数料は、マイナーまたはバリデーターがトランザクションを次のブロックに含めるように促すものです。ネットワークの混雑時には、ブロックスペースをめぐる競争が激化し、メモリプール内の平均手数料が上昇します。

トランザクションがメモリプールに留まる期間は、ネットワークのアクティビティ、付与される手数料、そして新しいブロックがマイニングされる速度によって異なります。トランザクションが長期間未承認のままの場合、ブロードキャストウォレットまたはアプリケーションは、ユーザーに「手数料による置き換え」（RBF）を許可し、手数料を増額してメモリプールへの組み込みを早めたり、最終的にトランザクションをキャンセルしたりすることがあります。

トランザクションがメモリプールに格納されたら、次のステップはブロックへの組み込みです。ここでブロックチェーンのコンセンサスメカニズムが機能します。プルーフ・オブ・ワーク（ビットコインなど）で動作するネットワークでは、マイナーがメモリプールからトランザクションを収集し、新たにマイニングされたブロックにそれらを詰め込む責任を負います。このプロセスは次のように機能します。

1. ブロックテンプレートの作成: マイナーは、メモリプールから有効で手数料の高いトランザクションのグループを選択し、ブロックテンプレートをコンパイルします。選択は多くの場合、経済的な判断に基づいて行われ、獲得する手数料を最大化することに重点が置かれます。
2. ノンスの計算: マイナーは、プルーフ・オブ・ワークと呼ばれる暗号パズルの計算を開始します。このプロセスでは、結果として得られるブロックハッシュが特定の難易度基準を満たすまで、ノンスなどの変数を変更します。
3. ブロックのブロードキャスト: マイナーがパズルを解くと、新しいブロックがネットワークにブロードキャストされます。他のノードは、ブロックのトランザクションと暗号パズルの解を検証します。
4. ブロックの確認: ブロックが承認されると、そのトランザクションは保留中ではなくなり、変更不可能なブロックチェーン記録の一部となるため、メモリプールから削除されます。

プルーフ・オブ・ステークやその他のコンセンサス方式では、バリデータはマイナーと同様の役割を果たし、手数料、有効性、優先度に基づいてトランザクションを選択します。選択されたトランザクションは、合意されたコンセンサスメカニズムを通じて、チェーンに追加される次のブロックの一部となります。

メモリプール内のすべてのトランザクションが次のブロックに追加されるわけではありません。ブロックにはサイズ制限があり（例：ビットコインではブロックサイズは約1MB）、メモリプールの一部（通常は手数料が最も高いトランザクション）のみが選択されます。これにより手数料市場のダイナミクスが導入され、迅速な承認を求めるユーザーは競争力のある手数料を設定することが奨励されます。

また、特別な考慮事項が包含に影響を与える場合があります。

• 時間的制約のあるトランザクション: 一部のウォレットは、期限または実行ウィンドウに基づいてトランザクションを緊急としてマークします。
• 子が親に支払う (CPFP): ユーザーは、手数料の高い依存トランザクションを追加することで、古いスタックトランザクションを「押し上げる」ことができます。
• トランザクションの依存関係: 他のトランザクションが最初に承認されることに依存するトランザクションは、可能な場合は順番にグループ化されます。

要約すると、トランザクションがブロードキャストからブロックに至るまでの過程には、検証、メモリプールの集約、マイナーまたはバリデータの選択、最終承認という複数の段階が含まれます。これらのメカニズムは連携して動作し、ブロックチェーンネットワークの整合性、効率性、信頼性を確保します。