EFI:Huobi DeFi Labs：深入分析自动化做市商发展掣肘与设计改进

虽然AMM结构面临的无常损失与滑点等问题尚无万能解决方案，但DEXs生态系统的设计仍存在很多改进空间。

原文标题：《自动做市商(AMM)的现状与未来》撰文：HuobiDeFiLabs

在基于区块链的分布式系统(如Ethereum)上重构一个新的金融世界时，必须认识到区块链世界与链下世界相比，有着完全不同的动态属性。

最值得注意的是，链上并非连续计时，而是通过区块来量化时间的流逝。但因为它受到区块大小的限制，这又导致了延迟问题和计算能力的限制。由于这些结构上的差异，分布式金融的设计者应该具有与中心化世界的设计者完全不同的思路。例如，由于区块链的成本和技术基础设施，做市商在基于链上订单簿的DEX上进行做市已没有太大优势。

在传统市场中，通常采用订单簿的形式记录买卖双方对某一金融工具的交易。金融市场发展至今，技术的进步使订单簿效率极高，甚至通过超高速光纤数据中心高频交易亦成为现实。自然而然最佳的价格发现过程总是发生在链下世界(订单簿)中。

另一方面，由于区块链延迟和计算成本的影响，链上运行的订单簿略处劣势。Vitalik(2016)基于NickJohnson的一些想法，提出了一种简单的链上做市商方法，现在称之为自动做市商(AMMs)。这些想法发展出了今天的基于AMMs的去中心化交易所(DEXs)格局，同时这类AMMs主导了目前DeFi生态系统。

不同类型DEX的交易量和市场份额，来源:DeBank、HuobiDeFiLabs

根据DeFi数据服务商DeBank的数据，在其追踪的30个DEXs中，只有8个是基于订单结构建立的。同时相比之下，超过75%的交易量来自基于AMM的前3个DEXs，即UniswapV2、Curve、1inch。

DEXs历史交易量，来源:DeBank,HuobiDeFiLabs

年中DeFi的突然崛起给DEXs带来了巨大的发展机遇，而基于AMM的DEXs由于其对流动性提供者来说进入?槛较低、可用性较好、以及与订单簿类型DEXs相比流动性更好而最受欢迎。

2020年6月基于AMM的DEXs整体交易量的上升，标志着AMMs类型的DEXs成为DeFi生态系统中的基本需求。然而，基于AMM的DEXs世界中仍然存在各种问题。例如，在AMM类型DEXs上提供流动性时，与订单簿做市结构相比，其资金利用率相对较低。此外AMM类型DEXs的最为令人诟病的是无常损失问题——由于目标交易对的波动，流动性提供者所经历的暂时性资金损失。

火币获得直布罗陀DLT许可证，现货交易服务将迁移至Huobi Gibraltar:11月8日消息，加密货币交易所Huobi Global已从直布罗陀金融服务委员会（GFSC）获得分布式账本技术（DLT）许可证，并开始将其现货交易服务迁移至直布罗陀的受监管实体Huobi Gibraltar。（Forkast）[2021/11/8 6:39:14]

虽然AMM结构面临的问题目前没有一个万能的解决方案，但DEXs生态系统的设计仍存在很多改进空间。

自动做市商(AMM)现有问题

现有的AMM类型去中心化交易所(AMM)，例如Uniswap(恒定乘积做市商)，Balancer(恒定平均值做市商)和Curve(混合常数函数做市商)均采用恒定函数做市商(CFMM)模型。CFMM(constantfunctionmarketmakers)是由交易函数和流动性来决定的。「恒定函数」是指每次交易中，如果改变资产流动性，则需确保资产流动性的乘积结果保持不变(即等于一个常数)。

尽管这些DEXs具有某些相似的理论层面特性，也取得了较大的成功，但当前的AMMs设计仍存在一些问题。目前的问题包括但不限于潜在的无常损失、较大的滑点和较低的资本利用率。

通过为AMMs流动性池注入资产，流动性提供者的整体回报通常包含两个部分，另有一个可选的激励性部分。分别是：无常损失、交易手续费和激励收益。

在任何类型金融市场中的做市都会伴随一定的?险。这些?险往往会通过订单簿中成交价和要价之间的差异反映，我们通常称之为价差。而在AMM类型的DEX中，这些?险反映为潜在的无常损失，可能会导致流动性做市商的整体收益显著降低。

目前市场上有各种各样的解决方案减少或消除无常损失。比如期权的推出，或者采用动态加权调整代币价格的BancorV2。但是，没有一种解决方案真正解决了这一问题。此外，不少行业参与者正在朝着一条注定无望的路越走越远。要想真正解决无常的损失问题，必须先系统地了解和量化链上的金融参数。

无常损失(难以对冲)

无常损失是指流动性提供者们单纯持有资产时所得收益与将其注入到AMM池中时所得收益之间的差异。这种差异之所以存在是因为交易对价格的波动性。假设有一个由x资产和y资产组成的流动性池子，如果价格由P变为P’，则资金池的市值变为

而该投资组合的价值变为

我们得出无常损失相关函数(Divergence_loss)如下：

Huobi 于5月5日上线CTSI（Cartesi Token）:据官方消息，Huobi Global“全球观察区”定于2021年5月5日上线CTSI，其中Huobi 将于5月5日14:00 (GMT+8) 开放CTSI的充币业务；当充值量满足市场交易需求时开放CTSI币币交易（CTSI/USDT），具体时间将以公告形式提前通知。[2021/5/5 21:25:28]

无常损失函数图来源：HuobiDeFiLabs

从上图可以看到，无论价格变化的方向如何，都将导致无常损失。但如果价格能回到初始值，则该亏损是暂时的。

滑点

从交易者的?度来看，滑点是指交易的最终价格与实际市场价格之间的差额。

资金池的流动性越大，滑点越低。做市机制的设计使得较大的流动资金池更容易从规模经济中受益。

流动性资金池越大，滑点越低，也越容易吸引更大的交易量。

流动性与日交易量关系图(横轴:流动性，纵轴日交易量)，来源:UniswapV2,HuobiDeFiLabs

资金利用率

根据DeFiPulse的数据，在DEX协议中锁仓的加密资产价值已超过44.2亿美元，大约占DeFi市场TVL的1/3。考虑到大量资金锁仓在DEX，眼下最紧迫的问题之一似乎是:这些资产是否被很好地使用，是为生态贡献了更多的价值还是仅仅被闲置着?

资金利用率是金融市场的重要组成，低资金利用率意味着投资组合结构欠佳，闲置资产没有被很好地用来获取收益。流动性与交易量之间的关系可用资本利用率表示。

CapitalUtilizationRatio=TradingVolume(24h)/TotaValueLocked

本文通过提取并研究2020年10月28日UniswapV2排名前100的交易对的流动性和交易数据，以反映DeFi生态系统中资金利用率的现状。

分析结果表明，Uniswap流动性资金池资本效率较低，平均下来仅有23%的资产用于交易。排名前100的交易对中只有5个交易对资金利用率大于100%，包括OCEAN/ETH，ETH/HEX2T，NAMI/ETH，ETH/CRV和KORE/ETH。这100的交易对中有88%的交易资金利用率低于40%，而56%的交易对资金利用率低于10%。

UniswapV2前100交易对的资金利用率，来源：UniswapV2，HuobiDeFiLabs，截至2020年10月28日的数据(不包括5对资本效率>1的交易对)

Huobi Global全仓杠杆新增FIL资产和交易:据火币官方公告，Huobi Global全仓杠杆新增FIL (Filecoin)的资产和交易。新增全仓杠杆交易：FIL/USDT、FIL/BTC。[2021/1/12 15:58:28]

使用不同AMM机制的去中心化交易所有截然不同的资金利用率，因此可能存在大量资金在协议中锁定，但资金利用率并不高的情况。以下是本文所述三个协议的资金利用率分析。

不同去中心化交易所的资金利用率(Nov.10,2020)

结果显示，CoFiX当前拥有远超其它两个协议的资金利用率。我们同时计算了这三个协议的历史资金利用率；可以看出，Uniswap的资金利用率随入秋以来DeFi的降温而持续走低，DODO则保持于20%左右，CoFiX的资金利用率在其上线后不断上升。

不同去中心化交易所历史资金利用率来源:Uniswap，DODO，CoFiX

?尾资产

AMM为做市商提供了一种极为简便的途径来为早期项目导流，不再需要顾虑繁琐的上线交易所流程和相对高昂的成本。中心化交易所的做市商需要一套复杂的做市算法，将大量资产分布在不同的交易所来提供流动性。与传统的订单簿结构不同，市场参与者与流动性池子中的某个资产池交易，而不是与特定的对手进行交易，并且不需要定制的做市算法。自动做市降低了DEX引流的?槛，因此，?尾资产蜂拥而入，它们可以轻松地引导早期流动性进行价格发现。

截至2020年10月26日，UniswapV2和V1上各有18440和3747个交易对。HuobiGlobalExchange约有800个交易对，而Binance约有1100个交易对。

交易对数量(2020年10月26日)，来源:DuneAnalytics，火币，币安

UniswapV2,HuobiandBinance的交易对和token对比情况，来源:DuneAnalytics,HuobiGlobalDataasofOctober26,2020

不同资产在不同平台的重叠率低，表明各家交易所可以满足用户的差异化需求。2020年10月26日，UniswapV2有656个交易对(ETH本位的交易对)的日交易量大于0。其中有51个交易对(ETH本位的交易对)已上线火币。币种方面，UniswapV2和HuobiGlobal都上线了74种资产。

截至2020年10月26日，从三大平台的交易对数量差异较大以及交易对重复率较低可以看出，与中心化的交易所相比，像Uniswap这样的去中心化交易所能满足更多个人用户的差异化需求。

5000枚BTC从Huobi钱包提现到未知钱包:据金色财经数据监测，03月11日19时43分5000枚BTC从从Huobi钱包（多地址）提现到未知钱包，交易哈希为3d9d3a47d902e05fcee498d10a43a366c60dc2169e6597d0ec4f2c987de831f9。[2020/3/11]

AMM类型的去中心化交易所正在拓展整个交易生态以容纳多种交易对，包括低流动性和低交易量的加密资产。

交易价格的平稳性

稳定趋势的时间序列

前文所述无常损失函数显示了价格变动如何影响流动性提供者持有的资产价值。同时表明对流动性提供者有利的条件是其参与的流动性池资产x与y交换率维持在一个稳定的水平(如USDT/USDC)或来回振荡。

然而本文研究结果发现多数交易对时间序列存在?记忆性，即拥有稳定的上升或下降趋势，该特征对流动性提供者极为不利的。如下为三种典型的时间序列，具有均值回归特性的交易对对流动性提供者有利，而具有上升和下降趋势的时间序列则存在明显无常损失，因为其价格难以回到原位。

三种不同的时间序列，来源:HuobiGlobalexchange

赫斯特指数的估算

交易对价格时间序列(一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列)可以分为不同的类别，如均值回归过程1、几何随机漫步2、趋势系列3(趋势稳定系列)。目前HuobiGlobalExchange的大部分交易对都是趋势稳定序列。

本文通过对交易对价格数据进行统计分析，探索交易对时间序列的走势特征。检验方法采用H.E.Hurst(1951)提出的赫斯特指数4估计。

Hurst指数能够衡量一个时间序列的?期记忆5，可测量一个时间序列的波动范围如何随时间跨度变化。

三种不同的时间序列对应的H取值来源:EduardoGallego2020(github.com/3dvg)

在传统金融领域，均值回归假设随着时间的移动，股票的价格朝着它的均值移动。随机游走也称随机漫步，是一种数学统计模型。随机行走等是指基于过去的表现，无法预测将来的发展步骤和方向。一个价格序列如果持续不断地收盘，要么上升，要么下降(在规定的时期内平均)，表明具有趋势性。Hurst,H.E.(1951).Long-termstoragecapacityofreservoirs.TransactionsoftheAmericanSocietyofCivilEngineers,116,770-799.?记忆性即时间序列当前(或过去)的取值以远超随机扰动所能达到的程度影响该时间序列在未来的取值。赫斯特指数的取值分布在0和1之间，根据H的大小，一个时间序列可以分为三类。

动态 | 昨日Bitfinex净流出2万枚ETH Huobi净流入2.6万枚:据Searchain.io数据显示，截止今日0点，包含未公开的数据中，Bitfinex的ETH 余额最高。从余额变动来看，Bitfinex净流出2万枚ETH，Huobi净流入2.6万枚。从ETH 换手率来看，Binance为39.00%；主要以合约交易为主的OKEX 的换手率在41.34%左右。[2018/10/3]

a)0b)H=0.5代表随机序列，该序列没有相关性。

c)1>H>0.5表示改时间序列具有?记忆性，这意味着下一个值的方向与当前值相同的可能性较高。Hurst指数越大，趋势越强。具有上升或下降趋势特性的时间序列，其Hurst指数会在0.5和1之间。

数据分析

交易对的历史价格数据取自HuobiGlobalExchange，含每个交易对的4个不同的时间跨度:30分钟、60分钟、4小时和1天。

本文通过以下公式计算，产生Hurst指数结果。

其中R为观测点的变化范围，S为标准差，c为常数，n为样本数量，H为Hurst指数。将历史价格数据导入后最终可得2864个Hurst指数结果，结果分布如下图所示。

不同时间跨度的Hurst指数结果分布，来源:HuobiDeFiLabs、uobiGlobalExchange

上图Hurst指数结果分布图展示了HuobiGlobalExchange交易对的几个特质:

~9.7%的交易对Hurst指数结果大于1。由于正常情况下用R/S方法计算的H值不应该大于1，所以本文用另一种计算Hurst指数的方法DFA计算这些交易对时间序列的H值，得到相同结果。对于大于1的结果可有以下两个解释:由于交易对上线日期比较近，导致其数据样本量较小，同时存在较大的噪声；其次这些交易对时间学列具有非平稳性。~80.8%具有趋势性(0.5没有随机漫步序列。~9.4%具有均值回复特性。该种时间序列通常迅速改变走势方向，?期回复至均值。具有均值回复特性的交易对是AMM流动性提供者最希望提供的。但目前来看仅有不到10%的交易对适合作为流动性池组成恣产。赫斯特指数值大于1的情况多发生在周期为1天的数据样本上。

不同时间跨度数据样本的赫斯特指数统计结果，来源:HuobiDeFiLabs;HuobiGlobalExchange

本文将四个不同时间跨度的H值结果绘制成不同的频率分布直方图，图中x轴表示H的曲直范围，y轴为落在改范围的H值数量。结果显示时间跨度越?，频率分布的形状越宽。

除时间跨度为一天的时间序列外，跨度为30分钟，60分钟和4小时的时间序列其H值结果都集中于0.5到0.6之间，表明多数时间序列具有趋势性。从流动性提供者的?度来看，由于「均值回复」的强度随着H值趋近于0而增加，交易所上的不同时间跨度的交易对(x/y)显然并不具有均值回复特性。

不同时间跨度赫斯特指数值的频率分布来源:HuobiDeFiLabs、HuobiGlobalExchange

总而言之，来自HuobiGlobalExchange的80%的交易对具有趋势性特质，这表八成交易对x/y的比值即交易价格会发生明显偏离，为这些交易对流动性池提供流动性的提供者面临潜在的巨大无常损失。

流动性提供者收益分析

收益对于流动性提供者而言是至关重要的，分析这一过程有助于流动性提供者对于何时为哪个协议提供流动性作出决策。

Uniswap是具有领先优势的无预言机喂价AMM，DODO和CoFiX则分别采用了Chainlink和NEST作为外部预言机喂价来源。因此，这三个协议将在本章中被讨论。我们对这三个协议的ETH/USD(T/S)资金池或单边资金池进行收益(包括补偿、无常损失和手续费)分析，并辅以压力测试。

Uniswap流动性提供者收益分析(ETH/USDT资金池，Nov.10,2020)，来源:UniswapV2、HuobiDeFiLabs

对于那些在2020年11月10日向UniswapETH/USDT资金池注入流动性的人而言，若UNI价格波动在20%以内，其可期待的年化投资回报率为12.5%-19.0%(不考虑ETH本身的增值或贬值)。由于流动性提供者无法预测ETH的价格走势，因此他们亦无法锁定固定的收益率。

DODO流动性提供者收益分析(ETH/USDC资金池单边注入，Nov.10,2020)，来源：DODO，HuobiDeFiLabs

DODO的ETH/USDC资金池允许进行单边流动性注入。上表显示出在DODOETH/USDC资金池进行两种资产的流动性注入会获得截然不同的收益。取决于DODO通证的价格，USDC流动性提供者可以获得5.8%-12.3%的年化收益；同时，ETH的流动性提供者可获得3.0%-4.4%的年化收益，若ETH贬值20%，其实际年化收益率将为-17.0%。

DODO尝试通过引入Chainlink预言机来减少无常损失，但其收益是不均衡的(或无法计算的)，同时也也可能面临预言机问题。关于预言机问题，请参?我们前期的报告《价格预言机-一种不可或缺的基础设施》。

CoFiX流动性提供者收益分析(ETH/USDT资金池单边注入，Oct.21,2020)来源:CoFiX,HuobiDeFiLabs

CoFiX也允许对资金池进行单边流动性注入，其资金池资产必须在NEST预言机中有一定密度的报价。由于COFI通证自身在二级市场流动性不佳，因此其确切的投资回报率无法计算。我们预估其上线时(2020年10月21日)，ETH/USDT资金池年化收益率约为60.2%。

不同于其它两个协议，如上文所述，CoFiX的做市?险可以在中心化交易所进行对冲(CoFiX团队提供了对冲脚本)，因此，CoFiX可以吸引大体量资金(如机构等)进入DeFi世界进行做市。

不同去中心化交易所流动性提供者年化收益对比(Nov.10,2020)来源:CoFiX,DODO,Uniswap,HuobiDeFiLabs

不同去中心化交易所总锁仓量来源:DuneAnalytics,HuobiGlobal,Binance日期:Nov.10,2020

Uniswap是最早采用AMM机制的去中心化交易所之一，其资金池总锁仓量已经达到DODO和CoFiX的100倍以上。然而，随着CoFiX的上线，由于无常损失的存在，Uniswap已经不再是提供流动性的最佳选择。

上图显示，DODO和CoFiX均可为流动性提供者取得正收益(请注意，在CoFiX做市需要进行对冲设置)，但在UNI价格下跌12.45%或更多时，Uniswap的流动性提供者将无法获得正收益。

另一方面，DODO和COFI通证至今尚未在任何大型中心化交易所上线，这意味着其流动性相对较差，因此难以对流动性挖矿获得通证奖励进行快速变现。

展望，可计算金融--DeFi2.0

DeFi，顾名思义，是将区块链技术的分布式特性与传统金融相结合，打造下一代金融服务体验。DeFi在区块链技术的基础上，以公平、公开、分布式的方式实现金融的?主化。

虽然过去两年有一些显著的创新，如AMMs和预言机，但DeFi领域中关于?险的研究发展极其有限。但构成金融的基础，最重要的内容之一就是?险管理。黑色星期四是对DeFi金融体系的一次压力测试，它给行业参与者及时敲响了警钟——在DeFi领域呈现出许多不同的系统性?险，这些?险有可能使整个行业崩盘，但至今仍无法准确计算当前DeFi领域的?险。

随着我们不断搭建DeFi乐高，并将传统金融的各种组件引入到新的生态系统中，DeFi的可组合性会成倍地扩大?险。当市场崩溃时，这些未量化的?险有可能使DeFi生态系统崩溃。

我们希望看到下一代DeFi能够给生态系统带来可计算的成分，让各方面的金融参数可以量化，提升市场效率。可计算的金融参数只会给生态系统带来净的正效益，同时促进我们在DeFi领域对?险的思考和理解。

因此，DeFi的下一次迭代应是向可计算金融(CoFi)过渡，其中每一个金融参数都可被量化，以帮助市场参与者形成明智的决策。可计算?险在接下来会成为DeFi的游戏规则改变者。

可计算金融(或CoFi)作为下一次的迭代，为DeFi2.0奠定了基础。

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