Uniswap V1 原理与源码解析

仙女233333
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uniswap v1原理

简介：

Uniswap 本质上是一个自动的交易所，能够自动地和用户交互并兑换ETH和ERC-20代币，兑换比例的确定（即价格）采用恒定乘积自动做市系统（constant-product automated market maker），也就是说，交易所资金池内的ETH和ERC-20代币数量的乘积总体是恒定的。

DeFi领域最具影响力的创新之一是自动化做市商(AMM), 同时AMM也是去中心化交易所（DEX）最为关键的技术之一。Uniswap爆发式增长，迅速成长为DeFi龙头，v1版本作为一个概念验证版本，代码也最简单，最适合入门，下面介绍v1

自动化做市商

流动性提供者

通过智能合约实现市商功能，流动性提供者将持有的资产存入智能合约，合约按照预先设定的规则与买卖双方完成交易，并将交易手续费支付给流动性提供者

任何人都可以在uniswap上创建流动池，一个流动池由一个代币对构成。

假如你有一个项目发行了R代币,你就可以创建ETH/R的TokenPair为你的代币提供流动性。价格就是根据你提供两种代币的数量比值确定的。

如果你提供10个ETH，1000个R，那么中间价就是1R=0.01ETH.

但是价格不是一成不变的，他是需要反映供需关系的。当R增加时，他的价格就会降低。

怎样计算的呢？

恒定乘积公式： x × y=k (x和y分别是两种代币的储备量，交易时保持k不变。)

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如果换取2个ETH：

IMG_9463.JPG

也就是说需要存入250个R。

再看下面三个公式：

6F44B095C95379A8D92F83AF1FE45817.png

中间价和执行价是不一样的，称作滑点。交易前后中间价变高了，这是反映了市场的供需关系。并且根据曲线看是不会出现流动性枯竭的，两种代币的储备是不会变成0的，随着储备量减少，价格会急剧上升。

除了流动性提供者（也就是上面那种情况），还有流动性添加者可以添加流动性

流动性添加者

流动性添加者，也称为做市商。以R-ETH的池子为例，做市商往池子里添加这两种币种，并获得LP Token（做市凭证）。当他们取消做市的时候，把LP Token换成DAI和ETH，并同时获得做市期间获得的交易手续费。

在做市商提供了流动性以后，用户就可以和这个池子进行交易了，可以选择把DAI换成ETH，也可以把ETH换成DAI。交易的过程中，需要给流动性提供者支付手续费，目前是收取支付币种的0.3%。

Uniswap V1存在的问题：

1.不能直接创建两种ERC20代币的流动性池，只能创建ETH和ERC20代币的流动性池.这样两种ERC20代币就不能直接兑换，需要通过ETH转换。

2.在实际的运行过程中，受制于以太坊吞吐量和速度的问题，Uniswap也遭遇过价格操纵的情况。

Uniswap V1源码解析

代码仓库：bengda233/uniswap-v1-contracts: 🐍Uniswap V1 smart contracts (github.com)

Uniswap V1是用Vyper语言进行开发的，Vyper是一种语法和Python非常接近的语言。

V1的体系分为两个部分：
Exchange: 用于进行ETH和ERC-20代币之间的兑换。
Factory:用于创建和记录所有的Exchange，也用于查询代币对应的Exchange。

Exchange

exchange里所有方法的合集：

  • setup(token_addr: address) 构造函数，但是目前部署不支持使用，因为exchange合约在factory里构造
  • addLiquidity(min_liquidity: uint256, max_tokens: uint256, deadline: timestamp) -> uint256 向资金池中添加流动性。

流程：
1.用户调用该方法并发送一定量的ETH

2.Uniswap通过比较发送的ETH量和池子中的ETH数量，计算用户需要发送的代币数量，并将该数量从用户转给自己（因为Uniswap Exchange要求用户按照当前资金池中的ETH和代币的比例添加流动性）
需要存入的token数量= 存入的ETH数量 * 当前池子总token数量 / 当前池子中ETH数量（未更新） + 1

  1. 向用户发放LP（Liquidity Pool）代币，其数量为AmountLPToken（证明用户确实提供了流动性及用户流动性所占的份额）
    用户拿到的LP数量 = 存入的ETH数量 * 总LP数量 / 当前池子中ETH数量（未更新）

由于Uniswap去中心化的特性，添加流动性的交易发出时和确认时流动性池的兑换比例（或者说价格）可能不同。为了避免这个问题给用户造成的损失，addLiquidity函数提供了三个参数进行控制：

min_liquidity：用户期望的LP代币数量。如果最终产生的LP代币数量过少，则交易会回滚避免损失。
max_tokens：用户想要提供的最大代币量。如果计算得出的代币数量大于这个参数，代表用户不愿意提供更多代币，交易也会回滚。
deadline：时限。如果交易确认的区块时间大于deadline，也会回滚。

  • removeLiquidity(amount: uint256, min_eth: uint256(wei), min_tokens: uint256, deadline: timestamp) -> (uint256(wei), uint256): 取回流动性

流程：
1.用户输入想要取出的LP数量

2.uniswap计算返回的ETH数量和token数量 返回ETH数量= 想要取出的LP数量* 当前池里ETH数量 / 总LP数量
返回token数量 = 想要取出的LP数量* 当前池里token数量 / 总LP数量

3.检查是否大于用户的期望值，是就返给用户，否就回滚

  • getInputPrice(input_amount: uint256, input_reserve: uint256, output_reserve: uint256) 精确指定换入（input）值，确定池子中输入单位和输出单位存量时，精确的输入数量能换出输出数量。

image.png

输入的0.3%作为交易费用，剩下的进入池子。以此来算出能够兑换的Output.

  • getOutputPrice(output_amount: uint256, input_reserve: uint256, output_reserve: uint256) -> uint256:确定输入种类、输出种类以及输出金额。计算方式为：

image.png

uniswap提供的四个价格查询的函数：

  • getEthToTokenInputPrice(eth_sold: uint256(wei)) -> uint256: 输入要卖出的ETH数量，返回能得到的token数量
  • getEthToTokenOutputPrice(tokens_bought: uint256) -> uint256(wei):输入要买的token数量，返回需要给出的ETH数量
  • getTokenToEthInputPrice(tokens_sold: uint256) -> uint256(wei):输入要卖的token数量，返回得到的token数量
  • getTokenToEthOutputPrice(eth_bought: uint256(wei)) -> uint256输入得到的ETH数量，返回需要的token数量

Eth与代币间的互换：
来看内部实现的四个函数

ethToTokenInput:通过精确的ETH输入量eth_sold 计算价格并交换代币。通过getInputPrice计算输出的代币数量。同样包含了min_tokens最小代币输出量和deadline的时间限制。
ethToTokenOutput:通过精确的代币输出量tokens_bought 计算价格并交换代币。通过getOutputPrice计算输入的ETH数量，并可能在ETH需求量小于用户发送量时产生Refund。同样包含了min_tokens最小代币输出量和deadline的时间限制。 tokenToEthInput:与上同理
tokenToEthOutput:与上同理

用ETH以兑换代币的四个方法

  • ethToTokenSwapInput
  • ethToTokenTransferInput
  • ethToTokenOutput
  • ethToTokenSwapOutput

swap与transfer的区别是：swap的接收者为调用者自己，而transfer的调用者可以任意指定。

用token对换ETH的四个方法

  • tokenToEthSwapInput
  • tokenToEthTransferInput
  • tokenToEthSwapOutput
  • tokenToEthTransferOutput

代币之间互换

  • tokenToTokenInput 输入卖出的token数量，要买入另外的token的exchange合约地址和最小预期值 得到能买入的数量。
    先算出能够买入的ETH数量，再用这个ETH去另外的token的exchange合约买token。

  • tokenToTokenOutput输入想要买入的token数量，要买入另外的token的exchange合约地址和最小预期值 得到需要卖出的数量。 先算出需要的ETH数量，再根据ETH数量返回需要的token数量。

用token对换token的四个方法

  • tokenToTokenSwapInput
  • tokenToTokenTransferInput
  • tokenToTokenSwapOutput
  • tokenToTokenTransferOutput
  • tokenToExchangeSwapInput
  • tokenToExchangeTransferInput
  • tokenToExchangeSwapOutput
  • tokenToExchangeTransferOutput

上面四个和下面四个的区别在于上面的是输入需要对换token的地址，下面是输入对换token的exchange合约地址

Factory

Factory里所有方法的合集：

initializeFactory(template: address):初始化Factory，只有创建时被调用。template是链上部署的合约，用于作为后续创建的Exchange的模板。

createExchange(token: address) -> address:根据template模板和token地址创建一个新的Exchange,并返回合约地址。随后调用新创建的Exchange的setup函数设置代币地址，并将新创建的Exchange记录在合约内。

注意：在做验证的过程中，函数约束每一个代币只能对应一个Exchange，这是为了约束某个代币的所有流动性都划分在一个池子中，增加池子中对应的存储量，降低交易的滑点。

参考： DeFi | Uniswap V1原理解析 - 知乎 (zhihu.com)
DeFi发展史：Uniswap V1 源码阅读和分析 | Hexo (iondex.github.io)

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