深入解析 Uniswap：自动做市商模型的数学推导与智能合约架构

news2025/5/22 17:19:50

1. 自动做市商（AMM）模型的数学推导

Uniswap 的核心在于其自动做市商（AMM）模型，该模型通过数学公式实现去中心化的资产交易。

1.1 恒定乘积公式推导

Uniswap 使用恒定乘积公式来确定交易价格。假设流动性池中有两种代币，数量分别为 x 和 y，则有：

x \times y = k

其中，k 是一个常数，表示池中两种代币数量的乘积保持不变。

推导过程：

交易开始时，流动性池中代币 X 的数量为 x，代币 Y 的数量为 y。用户希望用 dx 数量的代币 X 交换代币 Y，交易后，代币 X 的数量增加到 x + dx，代币 Y 的数量减少到 y - dy。根据恒定乘积公式：

(x + dx) \times (y - dy) = k

展开并整理后，可以求解 dy：

dy = y - \frac{k}{x + dx}

这表示用户输入 dx 数量的代币 X 后，能够获得的代币 Y 的数量。

实际应用中，由于交易会引入 手续费，真实计算时需要考虑手续费的影响。

1.2 价格影响与滑点

在 AMM 模型中，交易会影响流动性池中的代币比例，从而影响价格。这种价格变化被称为 滑点。

假设交易前价格 P 计算如下：

P = \frac{y}{x}

交易后价格 P' 计算如下：

P' = \frac{y - dy}{x + dx}

滑点可以表示为：

\text{滑点} = \frac{P' - P}{P}

滑点的存在使得大额交易可能导致不利的价格变化，因此流动性提供者和交易者都需要考虑这一因素。

2. Uniswap 智能合约架构解析

在这里插入图片描述

Uniswap 的智能合约架构设计简洁高效，主要分为核心合约（Core）和外围合约（Periphery）两部分。

2.1 核心合约（Core）

核心合约负责管理交易对的基本功能，包括流动性池的创建和交易执行。核心合约主要包含以下组件：

2.1.1 工厂合约（Factory）

工厂合约用于创建和管理交易对（Pair）合约。其主要功能包括：

部署新的交易对合约。
维护所有交易对的映射关系。
允许用户查询特定交易对的地址。

智能合约代码示例：

// Factory.sol
contract Factory {
    mapping(address => mapping(address => address)) public getPair;
    address[] public allPairs;
    
    function createPair(address tokenA, address tokenB) external returns (address pair) {
        require(tokenA != tokenB, "Identical addresses");
        require(getPair[tokenA][tokenB] == address(0), "Pair exists");
        
        bytes memory bytecode = type(Pair).creationCode;
        bytes32 salt = keccak256(abi.encodePacked(tokenA, tokenB));
        assembly {
            pair := create2(0, add(bytecode, 32), mload(bytecode), salt)
        }
        
        getPair[tokenA][tokenB] = pair;
        allPairs.push(pair);
    }
}

2.1.2 交易对合约（Pair）

交易对合约负责管理特定交易对的流动性池，包括代币交换和流动性提供。主要功能包括：

维护 x * y = k 公式。
处理 swap 交易。
管理流动性提供者的 LP 代币。

核心代码示例：

// Pair.sol
contract Pair {
    address public token0;
    address public token1;
    uint256 public reserve0;
    uint256 public reserve1;
    
    function swap(uint256 amountOut, address to) external {
        require(amountOut > 0, "Insufficient output amount");
        uint256 balance0 = IERC20(token0).balanceOf(address(this));
        uint256 balance1 = IERC20(token1).balanceOf(address(this));
        
        require(balance0 * balance1 >= reserve0 * reserve1, "Invariant violated");
        reserve0 = balance0;
        reserve1 = balance1;
        
        IERC20(token1).transfer(to, amountOut);
    }
}

2.2 外围合约（Periphery）

外围合约为用户提供更友好的交互接口，封装了核心合约的功能，提供了更多便利性。主要功能包括：

2.2.1 路由合约（Router）

提供最优交易路径计算。
支持 ETH 交易自动转换 WETH。
实现 多路径交换，优化交易价格。

代码示例：

// Router.sol
contract Router {
    function swapExactTokensForTokens(
        uint amountIn, uint amountOutMin, address[] calldata path, address to
    ) external {
        // 调用 Pair 合约的 swap 方法执行交易
    }
}