SWAP:精读Uniswap V3技术白皮书，我们发现了什么？

原标题：《uniswap-V3技术白皮书导读》

来源：星想法

作者：StarLi

uniswapV3一公布就引发广泛关注。相对V2来说，逻辑和代码都复杂一些。V3的核心是通过盘口区间提供流动性，解决LP提供流动性时的资金利用率的问题。什么是资金利用率？V3如何推导区间流动性的计算公式？如何理解流动性？如何计算swap费用？本文先从V3技术白皮书详细分析开始。

先给出一些uniswap官方有关V3的资料：

V3官方介绍

https://uniswap.org/blog/uniswap-v3/

技术白皮书

https://uniswap.org/whitepaper-v3.pdf

智能合约代码

https://github.com/Uniswap/uniswap-v3-core

https://github.com/Uniswap/uniswap-v3-periphery

推荐先认真查看技术白皮书，再看智能合约代码，最后再对照官方介绍。理解了技术白皮书，代码非常容易理解。在技术白皮书的第一章总结了uniswapV3的技术特点，最核心的概念是"ConcentratedLiquidity"。

1资金利用率

先看看uniswapV2的资金利用率：

上图为资金池中的x/y的量变化曲线。资金池中的当前价格在c点，并且假设会在a价格点和b价格点之间波动。从c点向a点滑动，消耗最大y_real，从c点向b点滑动，消耗最大为x_real。也就是说，当前价格c点，在a点和b点之间震荡的话，最大只需要消耗x_real和y_real。理论上只要提供x_real和y_real就足够了。而事实上，如上图所示，在价格c点，分别提供了大于x_real和y_real的x和y。明显可以看出，x-x_real和y-y_real的资金在这种情况下是永远用不上的，也就称为闲置资金。

数据：7月份Marathon Digital开采的比特币数量在矿企中排名第一:金色财经报道，根据 TheMinerMag 的数据，7月份Marathon Digital开采的比特币数量在矿企中排名第一，为1,176枚。其次是Core Scientific 和 CleanSpark，这些公司在实现的哈希率方面也领先于所有其他公司。但在名单中，某些开采较少比特币的矿商通过减少采矿业务来弥补这一点。例如，Iris Energy 在 7 月份开采了423 个BTC，而 Cipher Mining开采了418个，但后者通过削减部分专有算力，在7月带来了相当于28 BTC的电力销售。[2023/8/8 21:31:02]

在这种情况下，资金利用率为x_real/x或者y_real/y。如果价格波动非常小的话，资金利用率是非常低的。uniswapV3就是尝试解决资金利用率低的问题。想法比较简单，所有资金可以只添加到某个区间，只添加到有可能价格波动到的区间范围。如何在某个区间添加流动性并提供swap功能是uniswapV3的重点。先从VirtualReserves说起。

2虚拟资金池（VirtualReserves)

uniswap的交易采用的乘积固定模型(x*y=k)。所谓的虚拟资金池(VirtualReserves)，是指还在乘积固定曲线上，只提供某个区间流动性的资金池：

图中的墨绿色的曲线就是虚拟资金池满足的乘积固定曲线。事实上需要的资金的曲线如图中的橘黄色。橘黄色的曲线公式如下图：

以太坊网络当前已销毁3,519,920.28枚ETH:金色财经报道，据Ultrasound数据显示，截止目前，以太坊网络总共销毁3,519,920.28枚ETH。其中，OpenSea销毁230,050.67枚ETH，ETHtransfers销毁296,756.85枚ETH，UniswapV2销毁197,378.05枚。注：自以太坊伦敦升级引入EIP-1559后，以太坊网络会根据交易需求和区块大小动态调整每笔交易的BaseFee，而这部分的费用将直接燃烧销毁。[2023/8/7 21:28:34]

你可以想象成虚拟资金曲线在x/y轴进行平移，使得a/b点和x/y轴重合。也就是用一定量的资金就能达到“虚拟”的交易曲线的效果。

如何计算在某个区间提供虚拟资金池，先要从深入理解流动性开始。

3流动性

乘积固定的交易模型，满足资金池中的两种代币金额满足：x*y=K。如果设定K=L^2的话，x*y=L^2。L就是我们说的流动性。由乘积固定的交易模型得出如下的公式：

在已知L和sqrt(P)的情况下，也能推导出资金需求量x和y。

通过公式6.6，在流动性不变的情况下，流动性可以看成是单位“价格波动”的y资金量的变化。”价格波动“打上引号是因为事实上是sqrt(P)的变化。

加密钱包开发商Demox Labs完成450万美元融资:6月2日消息，加密钱包开发商Demox Labs完成450万美元融资，HackVC领投。资金将用于支持面向隐私的Aleo区块链的各种产品的开发。

据悉，Demox Labs是一家专注于隐私保护的实验室，旨在可编程隐私网络Aleo上构建保护隐私的ZK基础设施，目前已推出Aleo区块链上的隐私保护钱包Leo Wallet。[2023/6/2 11:53:33]

这个是uniswapV3核心公式，用相对值来计算流动性。所谓的流动性，就是单位“价格变化”的资金量。在一定的交易量的情况下，如果流动性好，价格变化就小，流动性不够的话，价格波动就大。

特别注意的是，一个区间上的流动性和V2的普适的流动性不同。一个区间上的流动性，重点在“区间上”。不同区间的流动性没有可比性。V2的流动性和区间上的流动性的区别如下图：

V2的流动性是“普适”的，在所有价格点上流动性相同。V3的流动性是由一系列不同区间上的流动性组成。相对来说，在当前价格左右的流动性比较高。流动性提供者LP只有提供了可供交易的流动性才能获取交易费。为了获取更多的交易费，为了提高资金的利用率，流动性提供者会将资金提供在合理的价格波动范围内。也就是说，在某个区间swap交易产生的手续费，只有该区间流动性提供者才能获取手续费。为了计算每个区间获取的手续费，引入了Tick的概念和计算方法。

4Tick

Upbit将上线EGLD:4月27日消息，Upbit将在韩元、比特币市场新增EGLD，存款支持将在3小时内开放，仅支持主网充值。预计将于2023-04-2715:00开启交易。[2023/4/27 14:29:37]

在区间上提供流动性，带来很多复杂的情况：区间和区间的重叠覆盖。因为不同区间的流动性没有可比性，某个交易费并不能混入到流动资金中，等删除流动性时候一并提取。为了解决这个问题，uniswapV3引入了Tick的概念。交易费用实时结算并单独记录，并不混入流动资金中。虽然整个区间和区间的流动性没有可比性，但是，在具体的某个价格点上，流动性是可比较的。uniswapV3将整个价格范围(负无穷到正无穷)分成一个个的Tick：

后一个价格点的价格是前一个价格点价格基础上浮动万分之一。

每个Tick也有一个唯一的序号。区间可以由两个Tick表示。逻辑上交易手续费可以一个个的Tick计算，并在每一个Tick上根据流动性的占比进行交易分配。先看看一个Tick范围的swap的计算。

5Tick内的SWAP

假设有一个很小的量的y，需要swap为x。通过6.13的公式，可以计算出因为y的变化导致的价格变化。

Twitter现已上线付费订阅功能，前12个月内不抽成:4月23日消息，据推特用户BroLeonAus的推文截图，Twitter现已上线付费订阅功能，即用户在付费订阅创作者后，可查看创作者发布的付费内容后；在订阅后，用户将会获得一枚公开的订阅徽章。据悉，该付费订阅制度已于4月20日实施。

据4月13日路透社报道，马斯克宣布推特将向用户开放付费订阅功能，付费对象包括长文本和长视频等。在服务上线最初的12个月中，内容发布者将获得除去移动平台费用（iOS或安卓商店抽成30%）之外的全部订阅收入，推特不会从中截留任何一分钱，网页版则能让创作者拿到92%的收入。但谷歌拒绝了马斯克的说法，并表示已将Google Play上所有订阅的服务费从2022年的30%下调至15%。

此前4月21日消息，推特开始取消不付费账号蓝标认证，多位加密KOL和创始人账号受影响。[2023/4/23 14:21:41]

再利用6.15的公式可以算出换取的x的量。

uniswapV3针对同样的交易对设置了不同的交易费：0.05%，0.3%以及1%。如果是从Y换取X，则在换取之前先扣除手续费再进行上述的交换。

在同一交易池中只支持一种费率。也就是说，在一个交易池中支持不同的价格区间，但是都是同样的费率。如果需要添加同样交易对的不同交易费的交易池，必须创建新的交易池。

接下来，深入讲解一下添加/删除流动性以及交易费用的计算逻辑。

6添加/删除流动性

V3的添加/删除流动性是当前价格情况下在某个区间添加或者删除流动性。所有的流动性添加/删除流动性采用如下的公式：

注意，价格变化并不是指区间的大小，而是在某个区间上提供流动性，相对当前价格，“需要相应资金变化”对应的价格变化。

分为三种情况，想要添加的流动性区间和当前价格的关系。

当前价格处于流动性价格区间(il<=ic<iu)

因为价格在区间范围内，如果价格滑动到il，则需要提供y资金。如果价格滑动到iu，则需要提供相应的x资金。所以，对于delta_Y来说的，价格变化为sqrt(P)-sqrt(p(il))；对于delta_X来说，价格变化为1/sqrt(P)-1/sqrt(p(iu))。

当前价格低于流动性价格区间

因为当前价格远低于il，即使从当前价格向iu滑动，也只需要x的资金，不需要y的资金。所以，在这种情况下，delta_Y=0。因为从il滑向iu需要整个区间的x的资金，对于delta_X来说，价格变化为1/sqrt(il)-1/sqrt(p(iu))。

当前价格高于流动性价格区间

和第一种情况类似，不重复分析了。

7Swap交易费用

uniswap最复杂的逻辑是计算交易费用并分配。在添加和删除流动性之前需要将相应的交易费用提取。

Tick上的总流动性

在某个Tick上可以存在多个区间。在计算交易费用时，需要平摊这些费用给所有在这个Tick上多个区间的总的流动性。在每个区间的边界的Tick上记录下delta_L。

存在一个全局状态：liquidity，保存当前价格对应Tick的流动性总和。当价格波动，穿过某个Tick时，会进行流动性的增加或者减少。举例来说，价格从左到右穿过区间，当穿过区间的第一个Tick时，流动性需要增加，穿出最后一个Tick时，流动性需要减少，中间的Tick都没有流动性的增加和减少。

区间上的交易费用率

计算一个区间上的交易费用率，采用总的费用率减去区间外的费用率的方法。在一个区间的边界Tick上记录feeGrowthOutside。所谓的feeGrowthOutside，就是“另外”一个方向上总的费用率。另外的一个方向是相对穿过当前Tick的方向而言。当价格从左到右穿过一个Tick，feeGrowthOutside指的是Tick左边所有区间的费用率。简单的说，就是价格要去方向的相反方向所有区间的费用率。feeGrowthOutside用fo表示。因为fo是一个Tick的两个方向的总的费用率，两个方向的费用率的总和肯定是等于fg。所以当穿过一个Tick时，这个Tick上的fo要进行翻转：

当一个区间创建时，区间边界上Tick的fo需要初始化：

如果当前的价格大于Tick的价格时，因为即使当前价格在设置的区间内，但是之前费用也不会分到，所以，可以简单的假想为所有的费用发生在Tick价格之下，也就是fo=fg。如果Tick的价格大于当前价格，价格还没有穿过Tick，因为假设了之前所有发生的费用发生在Tick价格之下，Tick之上是没有费用的，所以fo=0。在理解了这些逻辑的基础上，在swap的过程中，随着价格的波动，一个区间上，超过最高Tick的费用率以及低于最低Tick的费用率可以用如下的方式计算：

以低于最低Tick的费用率的计算为例，如果ic>=i，低于Tick的所有的费用率就是fo。如果ic

获取的费用率的基础上，用费用率乘以区间的流动性可以计算出该区间收取的费用。

总结：

uniswapV3版本核心思想是流动性集中。流动性提供者可以在某个区间提供流动性，提高资金使用率。在某个区间获取的交易费，由所有在该区间的流动性提供者均分。uniswapV3设计了区间粒度-Tick，并且推导了流动性添加/删除以及费用计算的过程。在之基础上，uniswapV3也更新了价格预言机的实现。

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