前言
Dex，作為眾所週知的“去中心化交易所”，靠鏈上合約自助運行，稱為AMM（自動做市商），利用CLMM模型撮合交易，不受任何機構或者個人的控制。傳統的中心化交易所Cex中，通常使用“訂單簿”系統來撮合交易，同時擁有較大的流動性和專門的Market Maker（做市商），同時Cex Market Maker的門檻較高，一般為專業的機構，通常需要滿足資本、技術、風險管理、合規和市場知識等多方面的要求，個人很難通過成為Cex的LP來獲得收益。相反，Dex為個人參與者降低了LP的門檻。
如果你對Cex和Dex稍微有些了解，很容易就會產生兩個疑問，也是最基本的疑問——“Dex利用什麼模型來撮合交易、計算價格呢？不同模型的差異和考慮之處在何？”和“Dex如何設計一個公平又高效的機制來回饋LP呢？”
Uniswap v3的核心機制——集中流動性Concentrated Liquidity
在Uniswap v2等早期版本中，流動性均勻分佈在整個價格曲線 x · y = k上，覆蓋價格範圍(0, ∞)。這種設計雖然足夠簡單和優雅，但是實際上大部份資產永遠不會被用到，因此存在資本效率低的問題。
v3相較於v2的升級
Uniswap v3允许流动性提供者(LP)将流动性集中在特定价格区间内，而非整个价格范围。
这种集中的流动性被称为头寸（Position）。一个头寸只需要持有足够的资产来支持其价格区间内的交易，因此可以在该区间内表现得像拥有更大虚拟储备的池子。 流动性量L = √k，真实储备遵循以下曲线：
頭寸的資產配置邏輯
舉個例子，X代幣是SOL，Y代幣是USDT，以價格X/Y（SOL/USDT），[150, 200] 和當前價格 160 ∈ [150, 200] 為例：
如果你覺得SOL 160u的價格太便宜了，cex都漲到180u了，你想在dex這裡買。所以你是拿著160u放進這個池子（Pool）裡面，同時從中取出1 SOL，從而池子中的SOL儲備變少，USDT儲備變多，價格從c點向b點移動，此過程消耗了SOL(X)，存入了USDT(Y)，推動價格上漲。
因此，如果你作為LP看好了這個區間，你需要儲備的頭寸（對應real）由以下邏輯計算：
X代幣儲備：只需持有足夠的X代幣來覆蓋價格上漲到上界p_b的情況（因為價格上漲對應X儲備的消耗） • Y代幣儲備：只需持有足夠的Y代幣來覆蓋價格下跌到下界p_a的情況
風險
停止賺取手續費 一旦價格離開[150, 200]區間，你的頭寸就變成非激活狀態，不再參與交易撮合，因此會停止賺取交易手續費收入，同時錯過了價格在區間外時的所有交易機會
無常損失 (Impermanent Loss) 這是更重要的損失。當價格離開區間時： 價格突破上界（>200u）時，你的頭寸全部變成USDT，相當於在200u的價格全部賣出了SOL。如果SOL繼續上漲到250u，你就錯過了200u→250u的漲幅； 價格跌破下界（<150u）時：你的頭寸全部變成SOL，相當於在150u的價格全部買入了SOL。如果SOL繼續下跌到100u，你承擔了150u→100u的跌幅損失。
Range Orders
當流動性頭寸設置在非常小的價格區間內時，它的行為就像傳統的限價訂單一樣。一旦價格穿越這個區間，頭寸會從完全由一種資產組成轉變為完全由另一種資產組成（加上累積的手續費）。
為什麼Range Orders比傳統限價訂單有更好的資本效率？
1. 持續賺取手續費
傳統限價訂單：資金閒置等待，直到價格觸及才執行，期間無任何收益
Range Orders：即使在等待期間，只要價格在區間內波動，就能持續賺取交易手續費
舉例：你想在SOL價格180u時賣出
- 傳統限價訂單：SOL在179u-180u之間波動時，你的資金完全閒置
- Range Orders [179.5, 180.5]：價格在區間內每次波動都能賺取手續費
2. 虛擬儲備放大效應
Range Orders利用集中流動性的虛擬儲備機制：
相同的資金在窄區間內能提供更深的流動性，獲得更高比例的交易手續費分成，以及資本利用率顯著提升
3. 部分執行的靈活性
傳統限價訂單：要麼全部執行，要麼完全不執行，原子交易
Range Orders：可以部分執行，在價格區間內逐步完成交易。這種漸進式執行往往能獲得更好的平均價格
4. 雙向收益機會
如果價格在區間內來回波動：
- 傳統限價訂單只能執行一次
- Range Orders可以多次參與交易，累積更多手續費收入
不過，這種倉位需要主動管理：價格穿越後要及時提取，避免反向交易，否則會有承擔無常損失的風險；以及區間設置需要權衡，太窄容易被穿越，太寬效率降低。
Multiple Pools Per Pair（每個交易對的多個池子）
Uniswap v1/v2的單一0.30%費率無法適應不同類型代幣對的需求。
費率過高的情況：
穩定幣對（如USDT/USDC）：價格波動極小，0.30%費率相對過高 • 交易者可能轉向費率更低的平台
費率過低的情況：
高波動性代幣：價格劇烈波動，LP承擔更高風險 • 稀少交易代幣：流動性稀缺，應該有更高的風險補償
因此，v3引入多個費率層級的池子架構，這些池子都由一個叫factory的合約創建，有三個等級： • 0.05%：穩定幣對專用，追求極低滑點 • 0.30%：主流代幣對，平衡收益與風險 • 1.00%：高風險代幣，對LP提供風險補償
Non-Fungible Liquidity（非同質化流動性）
Non-Compounding Fees（非複投手續費）在早期版本中，賺取的手續費會自動重新投入池子作為流動性，這意味著池子中的流動性會隨時間自然增長，即使沒有明確的新增投入。
在v3中由於頭寸的非同質化特性，自動複投變得不可能。手續費收益被單獨存儲，以原始代幣形式持有（而非轉換為流動性），LP需要主動提取手續費，然後手動決定是否重新投入。
Removal of Native Liquidity Tokens（移除原生流動性代幣）
v1/v2中，池子合約本身就是一個ERC-20代幣合約，流動性代幣代表LP在池子中的份額，這些代幣是同質化的（fungible），可以自由交易和轉移。在v2的設計哲學：核心合約應該盡可能簡潔，非必需功能應該放在外圍合約（periphery）。但v2將ERC-20實現放在核心合約中，違背了這一原則，這種設計還阻礙了改進版ERC-20包裝器的創新。
v3的改變：核心合約不再實現ERC-20標準，以及集中流動性使得完全同質化的流動性代幣變得不可能。
兩種模式：
- 外圍ERC-20包裝器： 任何人都可以創建ERC-20合約來包裝流動性頭寸，但需要額外邏輯處理手續費分配或重新投資。這提供一定程度的同質化，但功能有限。
- ERC-721 NFT包裝器： 用戶可以將單個流動性頭寸（包括累積手續費）包裝為非同質化代幣，每個NFT代表一個獨特的流動性頭寸。這種方案更準確地反映了v3頭寸的本質特性。
設計影響與意義
技術層面：
- 核心合約更加簡潔且專注
- 為創新的代幣化方案預留空間
- 符合模組化設計原則
用戶體驗：
- LP需要適應新的非同質化流動性管理模式
- 失去了v2中簡單的「存入即忘」體驗
- 獲得更精細的控制能力
生態發展：
- 催生各種流動性管理工具和協議
- NFT化的流動性頭寸成為新的DeFi基礎元素
- 為流動性即服務（LaaS）等創新模式奠定基礎
Governance 代幣治理
治理架構
Factory合約所有權：
Factory合約有一個owner（所有者），初始由UNI代幣持有者控制，但owner無法停止任何核心合約的運行，這確保了協議的抗審查性和去中心化特性。
UNI治理的核心權限
1. 協議費用控制
用戶可以開啟/關閉協議費用（類似v2），可以選擇協議費用佔交易手續費的比例，以及為每個池子設置不同的協議費用比例。
2. 費率層級管理
用戶可以引入新的交易手續費等級，為每個費率層級定義對應的tickSpacing參數。不過一旦添加費率層級，無法移除，tickSpacing也無法更改。
關於tickSpacing
tickSpacing是池子的重要參數，決定了哪些tick可以被初始化。
tick的概念：
每個tick代表一個特定的價格點，理論上每個價格都有對應的tick（基於1.0001的冪），tick之間的價格差異約為0.01%（1個基點）。
基本機制：
只有tick索引能被tickSpacing整除的tick才能被初始化。
例如，當tickSpacing = 10時，只能初始化tick -20, -10, 0, 10, 20…
精確度與效率的權衡：
- tickSpacing越小，精確度越高，允許更精確的價格區間設置，但交易時gas費用更高（可能跨越更多tick）
- tickSpacing越大，效率越高，交易gas費用較低，但價格精度較低，無法設置很窄的區間
當前支持的費率層級：
- 0.05%（tick間距10，約0.10%價格間隔）
- 0.30%（tick間距60，約0.60%價格間隔）
- 1.00%（tick間距200，約2.02%價格間隔）
為什麼tickSpacing一旦確定不能修改？
為了保護已有LP的頭寸有效性，確保合約長期穩定運行，以及防止治理攻擊影響用戶資金。
3. 所有權轉移
UNI治理擁有將factory所有權轉移給其他地址的權力。
Oracle Upgrades （與傳統預言機不同，Uniswap是內部預言機模式）
Uniswap v3對v2引入的時間加權平均價格(TWAP)預言機進行了三個重大改進： (Tips:TWAP和幾何TWAP是DeFi領域很重要的保護機制，在防止價格操縱、穩定幣錨定領域有著廣泛應用，我會再出一篇文章專門介紹)
TWAP = Σ(价格i × 持续时间i) / 总时间
1. Oracle Observations 預言機觀測
v2版本存在許多局限性，例如用戶需要在外部追蹤累加器的歷史值，必須在計算TWAP的時間段開始和結束時手動記錄累加器值，且無法保證每個接觸池子的區塊都反映在累加器中。
v3的改進
內置檢查點系統：
池子自動儲存價格累加器的歷史值列表，每當池子在一個區塊中首次被接觸時自動創建檢查點，使用循環緩衝區機制，最舊的檢查點會被新的覆蓋。
儲存擴展機制：
初始只有一個檢查點槽位，任何人都可以初始化額外儲存槽位，最多擴展到65,536個檢查點，可以獲取至多9天內的歷史數據（假設13秒出塊間隔）。
這能夠向用戶展示歷史觀測數組，提供便利函數查找任意歷史時間戳的（插值）累加器值，方便用戶進行數據分析。
2. Geometric Mean Price Oracle 幾何平均價格預言機
v3預言機的內生價格計算機制從TWAP升級為幾何TWAP，大幅提升了價格精度和儲存效率。
v2：算術平均TWAP
維護兩個價格累加器（token0/token1 和 token1/token0），計算算術平均時間加權價格。這需要分別追蹤兩個方向的累加器（因為算術平均不滿足倒數關係），並且使用224位定點數表示價格，精度要求高。
v3：幾何平均TWAP
預言機累加當前tick索引（log₁.₀₀₀₁(P)）而非價格本身，累加器公式aₜ = Σᵢ₌₁ᵗ log₁.₀₀₀₁(Pᵢ)，得出t₁-t₂時間的TWAP：Pₜ₁,ₜ₂ = 1.0001^((aₜ₂-aₜ₁)/(t₂-t₁))
只需一個累加器，因為幾何平均的倒數等於倒數的幾何平均。合約追蹤log₁.₀₀₀₁(P)而非P，只需24位有符號數就可在廣泛價格範圍內保持一致精度。同時在理論上，對幾何布朗運動過程價格建模更準確。
3. Liquidity Oracle 流動性預言機
v3新增了流動性累加器，追蹤1/L（當前範圍內虛擬流動性的倒數）的時間加權累加。在價格每次跨越tick時儲存基於此值的計算檢查點，與價格累加器並行追蹤，為集中流動性的精確獎勵分配提供了基礎。
- 流動性挖礦公平分配（Reward分配機制）
外部合約可以按R代幣/秒的速率向所有活躍流動性分發獎勵，對於從t₀到t₁期間活躍的L流動性頭寸，獎勵為：R·L·(spl(t₁) - spl(t₀))。確保只有在範圍內的集中流動性才能獲得獎勵。
- 預言機強化
幫助鏈上合約選擇最可靠的TWAP來源（流動性越強越可靠），以及能夠評估不同費率層級池子的流動性深度，多個數據來源為預言機提供更強的抗操縱能力。
設計哲學
相比於v2，v3的升級體現了「用複雜性換取效率」的核心設計思想。雖然增加了技術複雜性，但大大提升了資金利用率、儲存效率和安全性，引領了流動性即服務（LaaS）等的創新模式，為整個DeFi生態提供了更強大和靈活的基礎設施。