Web3系列研究 | 中國信通院陳文曲：Uniswap——以太坊領先的DeFi平臺
一、目標愿景
隨著區塊鏈與金融的深入融合發展，去中心化交易所成為去中心化金融最熱門的領域之一。交易所是實現不同資產之間交易兌換的重要場所，傳統交易所采用中心化模式，即交易雙方通過第三方交易平臺按照特定匯率進行交易，交易平臺收取服務費用。根據世界交易所聯合會統計有250家交易所，股票市值達到109萬億美元。隨著區塊鏈技術的發展和金融創新的深入融合，作為公鏈上幣幣交易服務項目，去中心化交易所逐漸成為去中心化金融（DeFi）的熱門項目。截止2022年4月18日，DeFi項目市場規模達756億美元，去中心化交易所資產規模達240億美元，去中心化交易所占DeFi項目的31.7%。
訂單簿模式是傳統交易所最常見模式，通過訂單簿系統撮合實現交易。傳統交易所中，機構運行維護一個中心化訂單簿，利用該訂單簿來撮合交易。當買家發出買單，在訂單簿中登記買入價格及數量，系統將在訂單簿中查詢是否存在合適的對手單，如果沒有匹配到合適的對手單，則將該買單存入訂單簿以等待合適的對手單，直到系統匹配到合適的對手單，則該交易撮合完成。訂單簿記錄該交易所所有參與的買單、賣單信息，其典型特征是一方面如果交易所買賣活躍，中心化訂單撮合能保證交易的高并發和低時延，另一方面如果交易所買賣不活躍，用戶發出的訂單就會出現長時間的掛單，交易效率低。
圖1 訂單簿交易模式
Uniswap是首個采用自動做市商模式，基于以太坊的去中心化加密資產交易平臺。為了解決訂單簿模式的低效問題，傳統交易市場發明了做市商模式，做市商通常是由具備一定實力和信譽的機構擔當交易中的特許第三方，能以自由資金和證券為基礎向中心化交易所進行買入賣出雙向報價，為原本難以匹配合適交易單的買賣雙方提供新的渠道，通過增加訂單簿對手單從而撮合更多的交易實現。做市商模式的本質是通過第三方代理提高交易流動性從而提升交易效率。Uniswap平臺采用了一種利用智能合約實現自動化做市商模式的去中心化交易協議（Uniswap)，其智能合約中鎖定的做市資產是去中心化、安全透明公開可查的。
二、技術方案
Uniswap是一個完全自主運行在以太坊的去中心化交易所，通過智能合約實現ERC20通證之間的自動兌換。Uniswap是由Uniswap Labs開發的基于Uniswap protocol智能合約協議的自動做市商（AMM）交易平臺，建設部署在以太坊上以實現ERC-20通證的點對點做市和交易。Uniswap protocol是一組持久的、不可升級的智能合約。為了便于用戶與協議的輕松交互，Uniswap Labs開發了The Uniswap Interface界面。截止目前，Uniswap共有三個版本，均部署在以太坊上。
1、特點分析
Uniswap的核心是采用了基于“恒定乘積”定價模式的自動化做市商機制。Uniswap平臺采用完全開源的去中心化協議Uniswap構建流動性池。流動性池里有兩種可供交易的資產通證A和通證B，并通過智能合約進行連接。通過觀察流動性池中通證的配比，可以得出流動性池中兩種資產的報價，在某特定時刻，Uniswap提供的限界價格=通證A儲量/通證B儲量。在交易前后，兩種資產儲量乘積不變。
Uniswap V2通過鏈上存儲累計價格數據實現高度分散、抗操縱的報價。任何交易發生前，每個交易對都會在區塊開始時測量市場價格，這個價格是由上一個區塊的最后一筆交易設定的，因此操縱成本很高。將區塊最后價格添加到核心合約中的單個累積價格變量中，并對此價格時間周期進行加權，得到合約歷史中的Uniswap累計價格，外部合同可使用該變量跟蹤任何時間間隔內的準確時間加權平均價格。許多去中心化金融應用，包括類似于衍生品、貸款、保證金交易、預測市場等的應用，鏈上價格反饋都是一個關鍵組成部分。
2、實施方案
從產品角度看，Uniswap包括網頁前端、數據分析、智能合約系統。網頁前端交易，主要包括展示頁面和兩個SDK，展示頁面（如圖3所示）通過調用兩個SDK實現網頁交互提供交易和提供流動性功能。數據分析展示，包括網頁展示和數據分析模塊，網頁通過調用數據分析模塊展示重點統計分析數據，如整體展示、典型通證、典型交易對、錢包地址分析四個模塊。通過整體統計頁面（如圖4所示）可以查看Uniswap流動性歷史變化信息、24小時市值變化信息、50個典型通證變化信息、185個典型交易對變化信息、以及最新的交易信息。用戶可以選擇圖4中任意一個交易對進行交易（點擊圖中【兌換】按鈕）或為其提供流動性（點擊圖中【增加流動性】按鈕），通過點擊左側的交易對，用戶可以查看該交易對流動性的詳細信息。智能合約系統，主要包括核心智能合約、路由合約、工具合約庫三個部分。其中核心智能合約為與Uniswap互動的各方提供基本安全保障，路由合約提供與核心合約交互的方法提高用戶安全性，uniswap-lib則封裝了一些工具合約。
圖2 Uniswap V2 整體架構
圖3 Uniswap V2 前端界面
圖4 Uniswap V2 展示界面
從工作原理看，Uniswap設計了交易和流動性管理兩種智能合約。一種是Swap交易模塊，支持ETH和ERC20通證之間，或者ERC20與ERC20通證之間的兌換。另一種是Pool模塊，即流動性管理，每個交易對的流動性都通過一個單獨的以太坊合約來管理。用戶可以通過【Add】添加某個交易對流動性，也可以通過【Remove】取出某個交易對的流動性，即為做市商池充/提通證的過程。如果某個交易對還沒有建立，用戶可以通過增加流動性的方式，創建這個交易對的做市池，Uniswap的工作原理如圖3所示。
圖3 Uniswap工作原理
從技術演進看，UniswapV3通過集中流動性精細控制資金分配。UniswapV3通過集中流動性使得流動性提供者能更精細控制，將資金分配到合適的價格區間。在 Uniswap V2 中，流動性沿 x * y=k 價格曲線均勻分布，即將資產分配在 0 到無窮大之間連續區間，但是對大多數資金池而言，這種流動性的大部分從未投入使用，流動性提供者僅從使用部分資金賺取費用，這可能無法適當補償他們通過持有兩種通證的大量庫存而承擔的價格風險。在 Uniswap V3 中，流動性提供者可以將其資金集中在自定義價格范圍內，以期望的價格提供更多的流動性。這項技術改進使得Uniswap V3中的流動性提供者可以提供高達 4000 倍資本效率的流動性（相對于Uniswap V2），從而獲得更高的資本回報。
三、發展歷程
- 2018年11月2日，Uniswap公開宣布上線并部署到以太坊主網，推出第一個版本Uniswap V1，作為一個新型去中心化交易方式自動做市商的概念驗證，任何人都可以將資產匯集到該交易平臺。
- 2020年5月19日，在V1基礎上進行全面技術升級的Uniswap V2版本上線，增加了自由組合交易對、價格預言機、閃貸、最優化交易路徑等功能，為后面總鎖倉金額的指數增長奠定了堅實基礎。
- 2020年9月17日，Uniswap宣布其協議治理通證UNI在以太坊主網上發布，針對每一個使用過Uniswap protocol的區塊鏈地址空投400個UNI，UNI的持有者擁有對平臺新的發展及改變的提議的投票權，初步構建起Uniswap治理系統。
- 2021年5月5日，Uniswap V3版在以太坊主網上線，提供了集中流動性、多重收費等級、高級價格預言機、流動性預言機等新特征，核心目標是大幅提高流動性提供者的資金效率。
四、思考評論
Uniswap是去中心化金融中的自動化資產交易所，通過智能合約，在以太坊上實現自動化的資產交易。去中心化交易所主要有兩種形式，訂單簿做市和自動做市商。Uniswap引領了去中心化自動做市商潮流，其代碼被很多其它協議借鑒。
Uniswap采用自動做市商模式提升交易效率。去中心化交易所由于采用區塊鏈技術，其資金不再嚴重依賴傳統的中心化交易機構，而是掌握在用戶手中，資金安全性、交易透明度都有了較大提升。但是由于大多數去中心化交易所資金規模有限，導致資產流動性較差，交易速度成為制約去中心化交易所發展的瓶頸。Uniswap通過AMM機制將所有用戶資產匯聚到流動性池，通過“恒定乘積”算法模型進行做市商，大大提升資產交易效率。
Uniswap V3通過集中流動性功能賦能流動性提供者創建個性化的價格曲線。流動性的提供方式決定了資金利用率的高低。在Uniswap V2 版本中，所有流動性按照恒定乘積曲線 x*y=k，將資產分配在0到無窮大的連續區間，但在實際交易的某時間段內絕大多數交易只發生大多數用戶都感興趣的特定價格區間。Uniswap V3版本在恒定乘積曲線基礎上增加了粒度控制功能，流動性提供者可以選擇為某特定價格區間提供流動性、參與做市獲得更高的資本回報率，這些新功能可以幫助經驗豐富的DeFi交易員獲得更高的資產回報。
