2020 年DeFi 概念的爆發使Uniswap 等演算法型去中心化交易所增長迅猛，但安全與流動性問題將會是其繼續成長的關鍵。
撰文：錢柏均，就職於HashKey Capital Research
審校：鄒傳偉，萬向區塊鏈、PlatON首席經濟學家
本文從 Uniswap 近期的發展來研究去中心化交易所 (DEX) 的成長性。結論是，近期 DeFi 專案啟動流動性挖礦以來，去中心化交易所的鎖定資金大幅增加。去中心化交易所作為 DeFi 生態中的重要基礎設施，資金湧入也推動了去中心化交易所的流動性及資金池深度。而演算法型去中心化交易所擁有自動做市商機制且使用者體驗良好，逐漸取代訂單型去中心化交易所的市場份額。但是，去中心化交易所尚存許多問題，未來去中心化交易所如何克服安全的顧慮以及流動性問題將會是其繼續成長的關鍵。
得益於近期成長爆發的 DeFi，2020 年八月去中心化交易所的月交易量達到 110 億美元，相較整個 2019 年 24 億美元的總交易量，多了將近五倍。去中心化交易所有無許可、非託管的優勢，且大部分無須註冊登入及 KYC 稽覈。過去去中心化交易所在使用者體驗及資金深度上遠遠不及中心化交易所，但是近期流動性挖礦及 DeFi 的熱潮讓資金大幅湧入，讓去中心化交易所鎖定的資金量從不到中心化交易所上資金的 1%，成長到如今的 2%，未來成長性可期。
本文分為三個部分 : 第一部分分析去中心化交易所的現狀與機制。第二部分研究 Uniswap 機制及迭代。第三部分探討去中心化交易所的未來成長性及瓶頸。
去中心化交易所的現狀與機制
去中心化交易所的機制
去中心化交易所與中心化交易所的區別，主要體現在技術和治理兩個維度。從技術維度來看，去中心化交易所是一個建立在區塊鏈之上的 DApp，透過智慧合約，實現資產管理及交易兩個模組。從治理維度來看，去中心化交易所是一個開放的、由社羣驅動的、權利和義務高度分散的去中心化組織。
目前去中心化交易所有兩種型別 : 第一種是訂單型交易所，採用競價模式來完成交易。第二種是演算法型交易所，基於流動性池的交易所，透過自動做市商 (AMM) 來完成交易。
訂單式去中心化交易所
訂單型去中心化交易所中，需要分別匹配一名交易者的買入指令與另一名交易者的賣出指令來完成一筆交易，所有的買賣掛單都儲存在區塊鏈中的訂單簿（Order Book）上。訂單交易的核心概念類似中心化交易所，差別在於中心化交易所採取中心化匹配機制，流動性較強，投資人也無需承擔過多滑點。訂單型交易所允許交易者提交兩種型別的訂單，分別是限價訂單和市價訂單。使用者提交市價訂單，以最佳的價格購買加密貨幣。透過將買賣雙方的買賣訂單配對完成交易。而限價訂單則是交易者設定一個指定的價格來購買一定數量的代幣。
訂單型交易所包括 EthFinex、IDEX 和 EtherDelta 等交易所。最具代表性的是 IDEX，訂單型去中心化交易所使用者體驗與中心化交易所類似，登入交易所的方式換成了登入錢包，發出限價訂單交易的同時也完成了交易。訂單型去中心化交易所的優點是直接透過錢包交易，透明度和安全性較高，但由於整個交易流程都在鏈上，交易速度較慢，確認時間較長，使用者體驗難以比擬中心化交易所。訂單交易資金深度不夠，交易費用較高，也可能因為鏈上的一些擁堵、Gas 費等原因導致交易失敗等情形的發生。訂單型去中心化交易所的好處在於，訂單型交易所的做市商可以精確控制他們想要購買和出售代幣的價格點位。這意味著高資本效率，但同時要求交易所積極參與以及監督流動性的供給。
演算法型去中心化交易所
第二種去中心化交易所是基於流動池的演算法型去中心化交易所，以 Uniswap、Balancer 及 Bancor 作為代表。演算法型去中心化交易所出世的背景在於，去中心化交易所在啟動之初往往面臨流動性不足的問題，而演算法型去中心化交易所則用演算法方式提供交易的流動深度。演算法型去中心化交易所的核心概念在於，資產的價格只有當交易發生的時候才會發生變動，更少受到外部的操縱，機制與訂單匹配模式有很大的差異。
訂單匹配模式中的做市商負責在交易所上提供報價行為。如果沒有交易活動，交易所將會失去流動性。做市商為了賺取收益，從自己的賬戶買入和賣出資產。他們的交易活動為其他交易方創造流動性，降低大型交易的滑點。
演算法型去中心化交易所則是利用自動做市商 (Automated Market Makers) 來模仿做市商的報價行為。常見的做市商演算法為恆定乘積做市商及其函式衍生的演算法。恆定乘積做市商由 Bancor 及 Uniswap 採用，其機制如下：
假設恆定乘積做市商已經為這一流動性池注入了 100 枚 A 代幣和 1,000 枚 B 代幣的資金。Uniswap 將這兩個數量相乘（100 x 1,000 = 100,000）並設定交易目標：無論交易量大小，該交易對都將始終保持 10 萬的交易對乘積數量。恆定乘積做市商是基於函式 x*y=z 建立的。其中 x 和 y 是流動性池中的代幣數量，z 是乘積。要想保持 z 恆定，x 和 y 只能相互反向變動。該函式根據每個代幣的流動性來確定兩個代幣的價格範圍。如果交易者對 A 代幣的供應量增加，那麼 B 代幣的供應量必須減少，反之亦然，以保持乘積 z 恆定不變。如果將該函式繪製出來，發現這是一個雙曲線，其中流動性始終存在，但是價格會越來越高，並在兩端接近無窮大。
但是，這樣造成自動做市商模式普遍交易深度不足的情況。由於 y=z/x ，在 z 不變的情況下，x 的值越大，y 的值越小。這意味著當使用者向交易合約中放入越多數量的代幣 A，換回的代幣 B 數量越少，即交易價格越高。因此，使用者難以在 Uniswap 等演算法型去中心化交易所上進行大額交易，否則將要支付很高的價格。
恆定乘積函式下交易對價格
而隨著基於 AMM 模式的流動性的發展，混合恆定函式做市商也隨之出現，它結合了多種功能和引數，以達到特定的目的。如調整流動性提供者的風險敞口，或者降低交易的價格滑點。例如，Curve 的 AMM 結合了恆定乘積及恆定平均值做市演算法，以提供資金池的流動性，從而降低滑點。
但是，演算法型交易所目前尚有一些問題有待解決。第一，無常損失 (Impermanent Loss)。流動性提供者所面臨的最主要的風險是無常損失，即隨著時間變化，流動性提供者在流動池中存入代幣和自身在錢包裡持有代幣之間存在價值差。只要流動池內的代幣的市場價格往任意一方偏離，就會產生無常損失。由於流動池內部不能自動調整代幣市價的兌換率，因而需要套利者透過買入價格偏低的資產或者賣出價格偏高的資產。當一個代幣的外部行情發生變化時，套利者可以買入或賣出流動池中現在相對摺價的任何代幣。在這個過程中，套利者抽取的利潤來自於流動性提供者的口袋，這會導致無常損失。
ETH/DAI 流動池隨幣價波動造成的無常損失
第二，多代幣風險敞口。演算法型去中心化交易所通常會要求流動性提供者存入兩種不同的代幣，用意在於為交易雙方提供相等的流動性。而去中心化交易所上的 ERC20 代幣品質參差不齊，這意味著流動性提供者會被強迫承擔雙代幣風險，無法保持對單一代幣的長期風險敞口。
第三，資本利用率低。為了達到低滑點，演算法型去中心化交易所的流動池需要儲備大量流動性。而由於流動性提供者無法決定流動性的價格點位，價格被動地藉由套利者來平衡，因此大部分演算法型去中心化交易所的流動性利用率維持在很低的水平。
去中心化交易所現狀
7 月以來去中心化交易所日成交量增長 510%。Uniswap V2 的交易量佔據了去中心化交易所總量的 43.9%。7 月份，Uniswap V2 的日交易量上升 1.16 億美元，增長 835%。截至 9 月 8 日，去中心化交易所平均日交易量超過 4 億美元，而 Uniswap V2 佔了去中心化交易所日交易總量的 66.9%，前五大去中心化交易所佔據整個市場份額的 92%。
2020 年去中心化交易所平均日交易量佔比
我們可以發現的是，這兩個月去中心化交易所的大幅成長主要集中在演算法型去中心化交易所，而去中心化交易所的市場份額也逐漸被演算法型去中心化交易所佔據。主要的原因是 DeFi 與訂單式去中心化交易所並不相容。DeFi 領域還處於早期階段，使用者數量不足，無法保證市場上有更多交易者參與進來。由於 DeFi 平臺流動性不足且交易量大，其價格更容易波動。這種價格波動在訂單式去中心化交易所中會被放大，造成交易滑點過高且交易效率低下，因此價格波動較大的代幣不容易被訂單式去中心化交易所所接受。
演算法型去中心化交易所則完全適合於 DeFi 代幣。它們利用演算法操作，彙集做市商和交易員的流動性。演算法透過設定引數來完成平臺上的交易，每個自動做市商交易所都將買方和賣方的資金儲存在一個鏈外流動性池中。DeFi 使用者使用者體驗較好，交易效率高且在小額交易的情況下滑點較低。
除此之外，我們可以由下圖發現使用者黏性不強。2018 年去中心化交易所市場剛興起，IDEX 平均日活躍使用者數遠高於其他平臺，獨佔整個市場。2019 年各平臺日活躍使用者數量較 2018 年有所減少，0x、Kyber 與 Uniswap 進入市場競爭，IDEX 的日活躍使用者數量下降最明顯。
到了 2020 年，隨著 DeFi 概念的爆發，去中心化交易所整體交易量與各平臺日活躍使用者數量出現明顯增長。而市場競爭也愈發激烈，目前是 Uniswap 日活躍使用者人數佔比最高，市場佔比超過 1% 平臺數量也達到 10 個。流動性挖礦的興起帶來大量的使用者增長，演算法型去中心化交易所為這波熱潮的受益者，而如何留住使用者成為他們未來最大的難題。
去中心化交易所各平臺平均日活躍使用者數量
Uniswap 的機制與迭代
Uniswap V1 機制與特點
Uniswap 是一個執行在以太坊區塊鏈上的流動性協議，支援去信任的代幣互換，這意味著該交易所上的所有交易都是由智慧合約自動執行的，使用者無需依靠某個中介也無需信任某個第三方。在 Uniswap 平臺上，存在三種角色：第一是流動性提供者，其風險中立，目的是賺取交易者的手續費。第二是交易者，他們在平臺中是真正的買家和賣家。三是套利者，他們在平臺價格與市場價格出現偏差時進行交易獲利，並被動的調節平臺上的價格。
2019 年開始，Uniswap 發展迅速，截止年底，Uniswap 鎖定額總價值是 2910 萬美元。到了 2020 年，Uniswap 發展更加快速。過去一個月的時間裡，Uniswap 交易量增長了 10 倍，流動性則增加了 200%。Uniswap 之所以在這段時間無論是交易量或使用者數量都大幅增加有四個原因：
Uniswap 的實施機制簡單。Uniswap 設計複雜性低，只需智慧合約及演算法部署完畢，便能自行運營，啟動成本低。除此之外，Uniswap 的使用者不需要註冊，也不需要經過繁瑣的 KYC 流程，而只要有以太坊錢包就能進場交易。由於目前以太坊 1.0 有效能上嚴重的限制，Uniswap 的 gas 費低廉成為一大優勢。
使用者體驗良好。Uniswap 的恆定乘積做市演算法，提供無限價格範圍報價，小額交易滑點低。而且在 Uniswap 中提供流動性十分容易，流動性供應來源簡單。
Uniswap 平臺上的代幣無須許可便可上市，滿足長尾代幣需求。
Uniswap 興起間 DeFi 的基礎建設已經十分豐富。現在有借貸、槓桿、期權、保險等各類衍生品，這些基礎設施吸引了大量的資金的進入，為生態提供了充足的流動性。
Uniswap 的機制以經濟層面而言相當簡易合理：Uniswap 向交易者收取少量手續費，並將手續費作為流動性提供者的激勵基礎，手續費為 0.3%。流動性提供者按照注入流動性池的代幣數量佔整個流動性池數量的比重來分配交易者的手續費。
但是，在 Uniswap V1 中並不支援幣幣交易，也就是說，如果交易者要將代幣 A 兌換成代幣 B ，必須先用代幣 A 買入 ETH ，然後再用 ETH 買入代幣 B 。交易者需要支付兩筆交易費和 gas 費，相當不直觀。
Uniswap V2
Uniswap 在 2020 年 3 月進行了一次的迭代，將 Uniswap 升級為 Uniswap V2，主要的改動有三個。第一，ERC20 對 ERC20 代幣的交易對。Uniswap V2 不再需要 ETH 作為中間兌換代幣來協助 ERC20 幣幣交易。預期可以減少一半的交易量，也能節約交易的 Gas 費。如果交易者試圖交易的代幣之間沒有流動池，可以利用迂迴的路由更高效獲得想交易的交易對，而無須透過壅堵的 ETH。
第二，閃電交易 (Flash Swap)。閃電交易的過程有三步驟 : 一是從 Uniswap 的流動性池中借出代幣。二是使用這些代幣進行某項操作。三是償還這些代幣。如果這個流程中的任意一階段失敗，所有狀態更改都會撤銷，相關代幣重新回到對應的 Uniswap 流動池中，交易具有原子性。閃電交易主要用途是套利交易，交易者能在低成本的情況下進行套利。獲利的同時將之前借得的代幣價值歸還至 Uniswap 流動性池內，相比直接使用自己持有的代幣來還款，這種方式消耗的 gas 較少。
第三，價格預言機。Uniswap 的價格由函式曲線所決定，因此常常偏離市場價格。Uniswap V2 引入價格預言機來改善這個問題。在 Uniswap 一個交易發生之前，每個交易對都會衡量每個區塊開始時的市場價格，每個區塊開始時的價格為上個區塊最後一筆交易的成交價格。若攻擊者試圖操縱價格，需要連續做多筆偏離市場價格的交易，並且其中沒有套利者參與。
除此之外，Uniswap V2 在智慧合約中設定一個累計價格變數，該變數是由成交價格存在的時間來加權的。這個變數代表著合約的整個 Uniswap 歷史中的每秒價格的總和。外部可以使用這一變數在任何時間間隔內追蹤 Uniswap 中由時間加權的歷史平均價格。採取這種方式可以避免市場崩盤和劇烈的價格波動，以及提升攻擊者的成本。但是，Uniswap 利用時間加權平均價格是對結果進行事後修正，無法精準地呈現市場價格，對於主流交易對幣種而言，Uniswap 無法掌握定價權，需要依賴其他交易所。
SushiSwap 崛起
據 DeBank 資料統計，SushiSwap 在 9 月 14 日的平均日交易量躍升至第二大去中心化交易所，達到 1 億 5000 萬美元。鏈上的鎖倉量也超過 13 億美元，超過 MakerDao 成為 DeFi 第二大協議，並讓 Uniswap 失去超過 70% 的流動性。SushiSwap 可以理解為 Uniswap 協議加上流動性挖礦機制。Uniswap 的流動性提供者只有在他們提供流動性時才賺取資金池的交易費。一旦他們撤回資金池中自己的資金，將不再獲得相應的收入。並且，無常損失時常削減他們的收益。
隨著生態發展，流動性提供者越來越多，早期流動性提供者的收益會被攤薄。而 SushiSwap 的流動性提供者則可以在獲得交易費的同時，以 Sushi 代幣的形式獲得額外流動性挖礦獎勵。並且與 Uniswap 不同的是，即使流動性提供者不再提供其資金，其原先獲得的 Sushi 代幣可以轉化為分紅代幣，捕獲 SushiSwap 未來成長的價值。
SushiSwap 可以說是 Uniswap 的進階版，其設計的機制很大程度的吸引了流動性提供者的進駐，但有幾個風險需要注意：
長期而言，SushiSwap 流動性挖礦機制無法提升普通參與者提供流動性的意願。由於普通使用者的資金體量有限，因此相對於機構投資者以及擁有大筆資金的投機客而言，普通的流動性提供者獲得的 Sushi 代幣幾乎可以忽略不計。
SushiSwap 發行代幣總量無上限，且目前以每天 550 萬枚代幣的數量挖礦，即使到了第二階段，代幣還是會以每天 55 萬枚的數量挖出。雖然 SushiSwap 設計以 0.05% 交易費速度回購，但 SushiSwap 有通脹壓低幣值的可能性，進而影響流動性提供者參與的意願。
SushiSwap 雖然聲稱將會將智慧合約交由技術審計公司進行審計，但目前尚未有正式的安全審計結果，程式碼安全性尚未可知。
Uniswap 對未來交易所影響與其瓶頸
瓶頸
交易所天然會受到網路效應的影響，因為交易者希望在流動性最好的平臺交易。由於套利者可以調節流動性池，這種流動性的網路效應也有一定的限度。去中心化交易所相比於傳統的中心化交易所，其去中心化的思想較符合區塊鏈的初衷，若解決了效能及架構設計的問題，長遠來看可能會贏得更多的支援。但在監管方面，傳統的中心化交易所逐漸向監管合規靠攏，利用實名制或是 KYC 等機制進行監管，結合第三方安全公司的支援（如 AML 系統），可以有效的避免洗錢或加密貨幣犯罪。去中心化交易所則始終難以監管，主要體現在兩個層面：
第一是使用者，Uniswap 或一些去中心化交易所無法掌握使用者的基本身份，也不需要進行 KYC 審查，這意味著金融犯罪的可能性。犯罪者可以利用去中心化交易所掩蓋資金流向，甚至利用發行新幣進行洗錢。
第二是專案，大多數的去中心化交易所雖然不會像中心化交易所那樣收取上幣費，但是也造成去中心化交易所平臺上的專案品質參差不齊，比如 Uniswap 上的專案並不需要經過審查即能在平臺上交易，平臺容易承受較大的法律風險。除此之外，去中心化交易所的交易深度不足，無法支援大額交易。當有大額交易發生時，容易造成溢價交易。
影響
演算法型去中心化交易所可以對未來加密貨幣交易所有深遠的影響，未來無論是中心化或去中心化的加密貨幣交易所可以在一些基本改進的基礎下應用這個模式。這些改進包括採用聯盟鏈或私有鏈、交易使用者的身份認證及 KYC、合規的加密貨幣的使用審查等等。Uniswap 模式的應用可以提供傳統證券交易所另一種可能的選擇，主要可以體現在兩個部分：
由於不需要訂單撮合模式，交易商品的廣度能大幅增加，且流動性也無須做市商來提供，可以節省相關做市商的成本。由於任何人都可以參與提供流動性並且從中獲利，交易所的執行完全基於市場的需求進行。
越來越多去中心化交易所就 Uniswap 的演算法進行改良，試圖解決大額交易滑點高及無常損失等問題。舉例來說，Bancor V2 透過和 Chainlink 預言機合作，能夠建立波動資產的低滑點模型，交易對價格除了由套利者決定外，還可以由預言機提供價格更新，有效地避免流動性提供者的無常損失。
總而言之，目前 Uniswap V2 能在以下交易情況發揮到最大效果 : 一是長尾交易者數量眾多，並且進行頻繁小額交易。二是交易對市場波動率低。三是交易對流動資金池具備足夠規模。
雖然目前去中心化交易所成長飛速，但是絕大部分的交易量依舊是在中心化交易所裡，幣安（Binance）平均日交易量接近 50 億美金，而 Uniswap 最高的日交易量也不過其 2%。未來去中心化交易所如何克服安全的顧慮以及流動性問題將會是去中心化交易所繼續成長的關鍵。
