剖析DeFi交易產品之UniswapV3：集中流動性、協議手續費、價格預言機

來源： Keegan小鋼

UniswapV3 於 2021 年 5 月上线，相比 UniswapV2，改動很大，也變得復雜很多，最主要的有以下這幾點改動：

• 引入了集中流動性（Concentrated Liquidity）機制

• LP Token 改爲了不可互換的 NFT

• 每個交易對可以有多個不同費率的池子

• 協議手續費治理更靈活

• 改進了價格預言機

其中，最核心的改動就是引入了集中流動性機制。所謂集中流動性，主要是說流動性提供者（LP）可以將其提供的流動性”限制“在任意價格區間內來”集中“其流動性。從直觀上來說，UniswapV3 中，用戶添加流動性的時候，需要設置一個價格區間，如下圖所示：

默認時這個價格區間是全範圍，即 **(0, ∞)**。LP 可以自己修改低價和高價爲任意值，即 LP 可以設置自己要提供的一個價格區間。而設置了有限的價格區間後，那提供的該流動性也只有在該價格區間內才有效。爲了更好理解，下面舉個例子說明一下。

有兩個LP，A 和 B，分別在不同價格區間提供了流動性，A 在區間 (1000, 2000) 內提供了流動性，而 B 則在區間（2000, 3000）內提供了流動性。那當交易價格爲 1500 時，發生的交易只會和 A 所提供的流動性進行交易，交易手續費也歸 A 所有，而 B 提供的流動性不參與任何交易，也得不到任何手續費。不過，當價格上漲到 2500 時，進入到了（2000, 3000）的價格區間，這時候發生的交易則只會和 B 所提供的流動性進行交易，交易手續費也歸 B 所有了，而 A 的流動性則變成無效了，也得不到手續費了。當價格又跌回到 (1000, 2000) 區間時，A 的流動性又再次變爲有效，而 B 的流動性又再次變爲無效。

集中流動性機制，會使得大量 LP 的流動性聚合在包含當前價格的區間內，能有效提高池子的資金利用率。比如下圖爲 USDC/ETH 的流動性分布：

大部分流動性集中在了當前價格附近，這也是大部分池子都比較常見的狀態。

不過，集中流動性機制，實現起來其復雜度也大幅增加，背後的數學原理也不太容易理解，還引入了其他概念，比如 tick。

因爲在 UniswapV3 中，LP 提供的流動性是分爲多個不同區間的，那爲了方便計算不同區間的流動性和手續費分配，UniswapV3 就將整個價格範圍劃分爲了多個離散的價格點，這些價格點就稱爲 tick，每個價格點 tick 都對應於一個實際價格，兩者的關系可以表示如下：

該公式表明了，當 tick 爲 0 時，價格爲 1；當 tick 爲 1 時，價格爲 1.0001；當 tick 爲 2 時，價格爲 1.0001^2。也即是說，相鄰價格點之間的價差爲 0.01%。當然，tick 也可以爲負值，爲負值時表明價格 p 小於 1。

UniswapV2 添加流動性時，兩個代幣的價值是相等的。直到你移除流動性時，兩個代幣的價值依然也是相等的。但在 UniswapV3 中則不是，我們以下圖爲例進行說明：

上圖中，ETH/USDC 當前價格爲 1806.97，待添加的流動性價格區間爲 (1699, 1900)。然而，可以看到，當要添加 1 ETH 時，對應需要添加的 USDC 並不是當前價格的數量 1806.97，而是達到了 2184.99，兩個代幣的價值是不相等的。另外，添加流動性之後，如果 ETH/USDC 的價格下跌，你流動性裏的 ETH 會增多，USDC 則減少；反之，如果價格上漲，則你流動性裏的 ETH 會減少，USDC 會增多。

基於這種特性，還可以實現限價單功能。比如，假設 ETH 當前價格爲 2500，用戶覺得價格可能會跌到 2000 以內，那就可以在 2000 附近設置一個很短的區間，比如設置（1999, 2000）。這時候，因爲整個價格區間都低於當前價格，用戶提供的流動性只需要充值 USDC 一種資產即可。這時候，相當於用戶掛了一個價格爲 2000 的限價买單。當價格跌下來，進入了（1999, 2000）這個價格區間的時候，有人交易時就會將該區間內的 USDC 換成 ETH（實際其實爲 WETH），直到價格完全穿過價格區間的上限，那池子裏的所有 USDC 都被換成了 ETH。這時候，用戶撤走流動性，就相當於之前所掛的限價买單成交了。不過，與傳統的限價單相比，有兩點需要注意：

• 如果價格不能穿過整個價格區間，那就只有部分 USDC 會被換成 ETH

• 轉換完成後，需將流動性移除，否則一旦價格又回到該價格區間，那池子裏的 ETH 會被交易換回 USDC

UniswapV2 中的流動性是整個池子共享的，每個人佔有多少流動性可以用份額來表示，而份額是可以互換的，所以可以用 ERC20 Token 來作爲流動性代幣。但 UniswapV3 中，流動性增加了價格區間的限制之後，就不再是共享的了，每一次添加的流動性都基本是獨一無二的，因此，已經不適合繼續使用 ERC20 來作爲流動性代幣，但使用 ERC721 卻非常合適，每一次添加的流動性也稱爲一個頭寸（position），就用一個單獨的 NFT 來表示。

UniswapV2 中，每個交易對有且僅有一個流動性池，且交易手續費率都是統一的千分之三。但 UniswapV3 可以爲同個交易對創建不同費率的池子，即 token0、token1 加上 fee 三個字段組成了一個 Pool 的唯一性。一开始的時候支持了 0.05%, 0.3% 和 1% 的費率，之後在 2021 年 11 月時通過 DAO 治理又增加支持了 0.01% 的費率。

UniswapV2 中，還有一個協議手續費，和交易手續費一樣，也是一個基於全局的費率，如若打开收取協議手續費的話，則可獲得交易手續費的 1/6。而 UniswapV3 的協議費率設置更靈活，不再是固定的 1/6，而是 1/N 或 0，其中，N 是可配置的，範圍爲 4 <= N <= 10。而且，還可以基於每個池子設置不同的協議費率。比如，可以設置 A 池爲 1/6，B 池設爲 1/8，C 池則爲 0。

價格預言機也做了升級，之前講區塊鏈預言機章節中已經介紹過 UniswapV2 和 UniswapV3 的預言機。這裏主要再補充一點，V2 的方式是直接記錄價格的累加值，使用時再除以時間間隔，這是一種算術平均。而 V3 累加的是 log(price, 1.0001) 也就是價格的冪，使用時再除以時間間隔，這是幾何平均。幾何平均數相比算術平均數，能更好的反應真實的價格，受短期波動影響更小。另外，使用幾何平均，也是因爲合約中記錄了 tick 序號，序號是整型，且跟價格相關，所以直接計算序號更加節省 gas。

UniswapV3 在代碼層面的架構和 UniswapV2 的變化則不大，合約層面，主要還是兩個庫：

• v3-core

• v3-periphery

v3-core 的核心合約就兩個：

• UniswapV3Factory：工廠合約

• UniswapV3Pool：流動性池子合約

v3-periphery 的核心合約也是兩個：

• NonfungiblePositionManager：頭寸管理合約
  

• SwapRouter：兌換路由合約

與 UniswapV2 不同，不再由 Router 合約作爲添加流動性、移除流動性和兌換交易的全部入口，而是把流動性相關的功能放到了單獨的合約 NonfungiblePositionManager，而 SwapRouter 主要只用於交易入口。

後續文章我們會依次講解下這四個核心合約。

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