前言
Uniswap是DeFi领域的头部去中心化交易所，其在今年5月上线了V3版本协议。V3版本与之前V2版本相比存在诸多差异，如集中流动性、多个费用等级、新的预言机等等。在这些多样的特点背后，究竟藏着怎样的数学奥秘，同时是否真的能为用户带来更大的收益，减少无常损失？知道创宇区块链安全实验室将带你从数学原理角度在UniswapV3集中流动性方面进行剖析。何谓集中流动性
在UniswapV3中，流动性提供者可以将其提供的流动性"限制"在任意的价格区间内来集中其流动性。为了解释这一概念，首先我们关联到UniswapV2的自动做市商曲线。在该曲线中，用户的流动性被均匀的分布在整个(0,正无穷大)之中。
图1在V2版本中，由于许多池子的价格变动没有那么的频繁，比如UDST/DAI池子中。由于其价值均锚定美元，发生的交易将会聚集在上图中的A点附近，这就意味着流动性池中的大部分资产是永远不会被触及到的。因此在V3中，用户可以将其流动性聚集在某一个线段。如下图B到C点：
《广东省深入推进资本要素市场化配置改革行动方案》：粤港澳以区块链技术为基础共建征信链:金色财经报道，广东省人民政府昨日印发关于深入推进资本要素市场化配置改革行动方案的通知，方案提出，支持深圳深化央行数字人民币应用创新试点，适时申请扩大试点城市范围，以区块链技术为基础，粤港澳共建征信链，促进粤港澳大湾区征信合作。发展数字绿色金融，利用金融科技推动环境信息披露与共享，探索以区块链为基础的绿色资产交易。此外，方案还提出加快推进外资金融机构落地落户及推进人民币可自由使用和资本项目可兑换先行先试。[2021/9/15 23:25:48]
图2这样，由于大量用户的流动性被集中，对于B点到C点的线段的流动性将会变得非常"厚"，这样的池子将使得来交易的人交易滑点得以显著减小，并有效提高资本效率。如何将流动性集中
声音 | 央行研究局局长：将深入研究完善金融科技监管制度框架等问题:据财联社消息，央行研究局局长王信今日在数字金融开放研究计划首届学术研讨会上表示，央行高度总是金融科技应用的相关研发，下一阶段值得深入研究的课题包括：Libra等加密数字货币有关问题，如是否会形成法定数字货币、少数数字稳定币并存格局；探索数字金融更好地支持实体经济发展，应开发多元化、全方位金融服务；完善金融科技监管制度框架，发展监管科技，如何将科技巨头纳入宏观审慎监管框架；加强数字金融基础设施建设，加强数字金融领域的国际协调合作等。[2019/7/8]
在具体实现的过程中，V3依靠了资产的杠杆。将一部分用户资产虚拟出来，导致了坐标轴图像的平移，虚拟资产假设对应x'和y'。在原始的UniswapV2中，曲线公式为：x*y=kUniswapV3通过引入x'和y'资产升级了该公式。此处x'我们将其称为x资产的虚拟储备，y'称为y资产的虚拟储备，于是引入了如下式子：
今晚8点袁煜明将做客《金色讲堂》 深入解读“什么是区块链思维”:今晚20:00，火币区块链应用研究院院长袁煜明将做客《金色讲堂》深入解读“什么是区块链思维”。袁煜明将从股份制的种种弊端出发对区块链的出现给行业所带来的改变进行一一讲解。同时，袁煜明还会对区块链机制目前所存在的问题进行全方位的解读。详情请关注今晚8：00的《金色讲堂》。[2018/4/10]
图3上方为虚拟平移的AMM曲线根据V2的自动做市曲线方程。让L被定义为k=L^2，于是有该式：x*y=k=L^2对其开根号，即有而对于价格来说，当前的价格P(用y对x资产定价)有：根据式3，对其取平方根，即有：联立式4与式2，我们可以消去y，对于闭区间任一点，则有：同理可消去y，对于任一点，则有：于是，我们只要知道P(x的价格)，在流动性没有改变时(L不改变)，则可以得到对应的x资产量和y资产量。计算虚拟资产(x'/y')
SYNC 2018区块链系列活动会议于新加坡召开 MDT与诸多领域大咖进行深入探讨:3月9日，由科技媒体Pingwest举办的SYNC 2018区块链系列活动会议于新加坡召开。MDT量数代表黄何，火币全球运营总监Herbert，ODYSSEY/OBike项目负责人Sophie，新加坡星展银行DBS私人银行副总监于珊珊一同前来参会。在会议现场MDT量数与银行、虚拟货币交易所，通过不同立场探讨了虚拟货币作为货币形态在科技领域的展望。[2018/3/12]
图4虚拟资产x'与y'考虑极端情况，在上图中，经过平移后上方的AMM图形由于在B点时，用户提供的x资产由于在实际中已全部损耗。也就是说x=0，剩余的x均为虚拟出来的，即x'。根据式5去计算。此时计算x资产量对于B点有：
赵鹞：政府部门是否应该大胆的鼓励推广区块链需要深入思考:今日，中国政法大学金融创新与互联网金融法治研究中心副秘书长、中国社科院金融研究所支付清算研究中心特约研究员赵鹞发表文章称，区块链技术本身的价值中立性并不会带来基于区块链的经济社会活动的价值中立，当我们还没有准备好如何应对区块链大规模应用所产生的新的、深层次的社会、经济、金融风险时，政府部门是否应该大胆的鼓励、推广，这是需要深入思考的。就好比核能发电，我们没有完全掌握安全、可控的核聚变技术就能用于生产发电吗？显然是不可能的。所以，面对区块链、人工智能等各种破坏性创新技术的推广应用，特别是金融科技的发展，政府、学界、业界和媒体要头脑冷静，切莫用“不可控核聚变发电”。[2018/2/27]
图5用户提供的真实资产与虚拟储备AMM曲线隐患-无常损失
由于V3在用户的选择下将流动性使用添加杠杆的方式进行了集中，而对于流动性提供者来说本质上是在与用户做对手盘，即越跌越买，越高越卖，这将导致无常损失的加剧。根据上述分析，只要价格达到设定的区间临界点，流动性提供者的代币将会完全转换为另一种处于劣势的代币，并且在价格重新进入该临界点之前不会赚取交易费用。世上没有什么免费的午餐。风险越高，收益越高。你提供的流动性越集中，你获得的手续费收入就越高，同时也将承担更多的无常损失。——Uniswap创始人，HaydenAdamsUniswapV3--添加流动性
具体而言，假设现有一UniswapV3交易池，交易对ETH/DAI，池中X与Y储备比例10:800，L2为8000，P为80即交易价格80DAI/ETH。当前价格对应点A(10,800)，若一流动性提供商，尝试在P=进行做市。对应的点B(5,1600)，P=320。点C(20,400)，P=20
该流动性提供商想投入3个ETH，这3个ETH会被全部用于xreal，由于当前价格在选定区间内。根据白皮书，有以下式子：由式10，投入△x=3，投入的ETH将改变池子的L。经过计算△L为：再通过△L计算△y:于是投入3个ETH,时，计算投入的DAI应为240个。新的L'约为143.11(仅限于在闭区间P=)。UniswapV3--Swap
对于该UniswapV3池子,若ETH突然上涨，价格到达1ETH=100DAI，此时就会有套利者在该DEX中用DAI兑换ETH来套利，为了将其达到与外部平衡，将有P=80==>P'=100，根据白皮书，Swap计算价格变化如下：
我们将其百分比化：IL_V3=(540-533.31)/540≈1.239%集中流动性放大了资产L的占比，提高资产效率的同时承担了更多的无常损失。当然，这只是选择做市区间比较小，同时分摊比例较大的情况，现实会有许多人根据投入的L占比大小来分摊这笔swap。并且该笔swap由于本身比较大，几乎占了总资产的21.113%，进而显得无常损失的百分比很大，这也印证了盲目做市所带来的亏损。另外，价格波动对其也存在影响，只上涨到P=85时IL_V3约为0.58%。UniswapV2--添加流动性
而对于UniswapV2，假设原池中的资产量为10个ETH和800个DAI，即P为80DAI/ETH。流动性提供者投入了3ETH和240DAI，此时则存在13个ETH与1040个DAI，价格仍为80DAI/ETH，比重占23.077%，新的K为13520。UniswapV2--Swap
当ETH突然上涨，价格到达1ETH=100DAI，此时就会有套利者用DAI兑换ETH来套利。设共用△y个DAI兑换△x个ETH后，AMM池中ETH:DAI价格达到与外部平衡的1:100不考虑手续费等因素，则有：
IL_V2=(540-536.66)/540≈0.6185%具体将会取决于在V3做市区间，越小则杠杆越多，x'和y'越大，同时无常损失和手续费收益也会越多。当然，用户也可以如V2一样将流动性分摊到整个曲线中去而不是某个线段，即在0到正无穷进行做市：
后记
由于篇幅原因，本篇仅就集中流动性进行了讨论。UniswapV3创新了很多的新功能，其复杂程度相较于V2增加了非常多。无可否认，UniswapV3的创新使得UniswapV2被加强，用户可以选择将其流动性集中在任何一个区间以获得更多的手续费。但与此同时这也将导致更多的无常损失和更大的资金转换为劣势资产速度，而这也产生了许多新特性如限价单swap等功能。因此，在选择做LP之前，需要认真思考自己的需求，切忌盲目做市。参考
UniswapV3白皮书UniswapV3新特性解析
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