Web3 系列研究 | 中国信息通信研究院陈文渠：Uniswap——以太坊领先的DeFi平台

一、目标与愿景

随着区块链与金融的深度融合发展，去中心化交易所成为去中心化金融最热门的领域之一。 交易所是实现不同资产之间交易交换的重要场所。 传统交易所采用中心化模式，即交易双方通过第三方交易平台以特定汇率进行交易，交易平台收取服务费。 据世界交易所联合会统计，共有250家交易所，股票市值达到109万亿美元。 随着区块链技术的发展和金融创新的深度融合，去中心化交易所作为公链上的货币交易服务项目，逐渐成为去中心化金融（DeFi）中的热门项目。 截至2022年4月18日，DeFi项目市场规模达756亿美元，去中心化交易所资产达240亿美元。 去中心化交易所占 DeFi 项目的 31.7%。

订单簿模式是传统交易所最常见的模式，通过订单簿系统实现交易。 在传统交易所中，机构运营和维护一个中心化的订单簿，用于撮合交易。 当买方发出买单并在订单簿中登记买入价格和数量时，系统会检查订单簿中是否有合适的交易对手订单。 如果没有撮合到合适的对手方订单，则该买单将被存储在订单簿中，等待合适的对手方订单，直到系统匹配到合适的对手方订单，交易撮合完成。 订单簿记录了交易所所有的买卖信息。 其典型特征是，一方面，如果交易所交易活跃，集中撮合可以保证交易的高并发和低延迟； 另一方面，如果交易所不活跃，用户发出的订单会存在长期挂单，交易效率低下。

图 1 订单簿交易模式

Uniswap是第一个基于以太坊的采用自动做市商模式的去中心化加密资产交易平台。 为了解决订单簿模式的低效率问题，传统交易市场发明了做市商模式。 做市商通常是具有一定实力和声誉的机构作为交易中的持牌第三方。 中心化交易所对买卖双方进行双向报价，为难以撮合合适交易订单的买卖双方提供新的渠道，通过增加订单簿交易对手订单撮合更多交易。 做市商模式的本质是通过第三方代理提高交易流动性以太坊价格曲线，提高交易效率。 Uniswap平台采用去中心化交易协议（Uniswap），利用智能合约实现自动化做市商模式。 锁定在其智能合约中的做市资产是去中心化的、安全的、透明的、公开的。

2、技术方案

Uniswap是一个完全自主运行在以太坊上的去中心化交易所，通过智能合约实现ERC20代币之间的自动兑换。 Uniswap是Uniswap Labs基于Uniswap协议智能合约协议开发的自动做市商（AMM）交易平台。 它构建并部署在以太坊上，实现ERC-20代币的点对点做市和交易。 Uniswap 协议是一组持久的、不可升级的智能合约。 为了方便用户与协议轻松交互，Uniswap Labs 开发了 The Uniswap Interface。 到目前为止，Uniswap 共有三个版本，都部署在以太坊上。

一、特点分析

Uniswap 的核心是采用基于“不变乘积”定价模型的自动化做市商机制。 Uniswap 平台采用完全开源的去中心化协议 Uniswap 构建流动性池。 流动性池中有两种可交易资产代币A和B，通过智能合约连接。 通过观察流动性池中代币的比例，可以得到两种资产在流动性池中的报价。 在某一时刻，Uniswap 提供的限价 = token A 储备量/token B 储备量。 交易前后，两项资产准备金的乘积保持不变。

Uniswap V2通过将累积的价格数据存储在链上，实现高度去中心化和抗操纵报价。 在任何交易发生之前，每个交易对测量区块开始时的市场价格，这是由前一个区块的最后一笔交易设定的，因此操纵成本很高。 将区块最新价格添加到核心合约中的单个累计价格变量中，并对该价格时间段进行加权，得到合约历史中的 Uniswap 累计价格以太坊价格曲线，可供外部合约跟踪任意时间区间内的准确时间加权平均价格. 链上喂价是许多去中心化金融应用程序的关键组成部分，包括衍生品、借贷、保证金交易、预测市场等应用程序。

二、实施方案

从产品的角度来看，Uniswap 包括 Web 前端、数据分析和智能合约系统。 网页前端事务主要包括一个展示页面和两个SDK。 展示页面（如图3所示）通过调用两个SDK实现网页交互，提供交易和流动性功能。 数据分析展示，包括网页展示和数据分析模块，网页通过调用数据分析模块展示关键统计分析数据，如整体展示、典型代币、典型交易对、钱包地址分析四个模块。 通过整体统计页面（如图4所示），可以查看Uniswap流动性历史变化信息、24小时市值变化信息、50个典型代币变化信息、185个典型交易对变化信息、最新交易信息。 用户可以选择图4中的任一交易对进行交易（点击图中的【交易所】按钮）或者为其提供流动性（点击图中的【增加流动性】按钮）。 通过点击左侧的交易对，用户可以查看该交易对的流动性详情。 智能合约系统主要包括核心智能合约、路由合约、工具合约库三部分。 其中，核心智能合约为与Uniswap交互的各方提供了基本的安全保障，路由合约提供了与核心合约交互的方法以提高用户安全性，uniswap-lib封装了一些工具合约。

图2 Uniswap V2整体架构

图3 Uniswap V2前端界面

图4 Uniswap V2展示界面

从工作原理来看，Uniswap设计了交易和流动性管理两种智能合约。 一是Swap交易模块，支持ETH与ERC20代币之间，或ERC20与ERC20代币之间的兑换。 另一个是Pool模块，即流动性管理。 每个交易对的流动性通过单独的以太坊合约进行管理。 用户可以通过【Add】增加交易对的流动性，或者通过【Remove】撤回交易对的流动性，即为做市商池充值/提币的过程。 如果某个交易对还没有建立，用户可以通过增加流动性的方式为这个交易对创建一个做市池。 Uniswap的工作原理如图3所示。

图 3 Uniswap 工作原理

从技术演进的角度来看，UniswapV3通过中心化流动性精细控制资金配置。 UniswapV3 通过集中流动性并将资金分配到适当的价格范围，使流动性提供者能够拥有更细粒度的控制。 在 Uniswap V2 中，流动性沿着 x * y = k 价格曲线均匀分布，即资产在 0 到无穷大之间的连续范围内分配，但对于大多数资金池来说，大部分这种流动性从未被使用，仅供流动性提供者使用通过使用部分资金赚取费用，这可能不足以补偿他们持有大量两种代币库存所承担的价格风险。 在 Uniswap V3 中，流动性提供者可以在自定义价格范围内汇集资金，以所需价格提供更多流动性。 这一技术改进使得 Uniswap V3 中的流动性提供者能够提供高达 4,000 倍资本效率的流动性（与 Uniswap V2 相比），从而获得更高的资本回报。

三、发​​展历程