一文读懂Uniswap V2：升级、工作原理和价格机制

Uniswap V2 是该链上交易所的新一版迭代

Uniswap 是一个运行在以太坊区块链上的流动性协议，支持免信任的代币互换，也即是说，该交易所上的所有交易都是由智能合约自动执行的，用户无需依靠某个中介也无需信任某个第三方。这种去中心化的代币互换方案已经证实在 ERC20 代币的持有者群体中很吃香，他们愿意使用 Uniswap 来交易代币并为不同的交易对提供流动性。

Uniswap 在 2020 年 3 月 19 日在以太坊主网上推出了一个新版本，还配合着公开了核心合约的 1.0.1 版；在发行之前，该版本已经在 Rinkeby 测试网上测试过一段时间了。截至撰文之时，这个新版本在以太坊主网上已经使用超过了两个月时间，而且迄今为止，没有出现任何损坏智能合约完整性的问题。

不论你是持有还是在交易密码学货币，是在搞以太坊开发还是做宽泛的金融科技业务，都有必要了解一下 Uniswap，它在 2020 年的第三季度随着 DeFi 概念的崛起迎来了快速的增长。所谓一项独立的服务，Uniswap 也可以集成到第三方的数字钱包和 dApp 中。此外，其它智能合约也可以拿 Uniswap 作为基础来开展服务。

本文旨在向读者介绍 Uniswap V2 带来的增强功能，并详细介绍其主要特性。

Uniswap V1 定下的基调

Uniswap V1 为链上代币互换和去中心化流动性池定下了基调，就是向交易代币的用户收取少量手续费、以此给提供流动性用户以奖励。

Uniswap V1 使用的不是链上订单簿，正相反，代币的交换比率是用一个叫做 “恒定乘积公式” 的算法来确定的，相当于提供了一种机制来保持一种代币的体量在所在交易对中的平衡。这个我们后面会进一步介绍。

底层的代币交易对（例如 DAI 对 ETH，或者 DAI 对 USDC）各有各的流动性池，用户可以通过同时存入两种相应的代币来提供流动性。流动性提供者可以得到所在流动性池中代币交易的手续费作为奖励，手续费率为 0.3%，流动性提供者之间按份额分配 —— 份额的大小，端看你注入流动性池的代币数量占整个流动性池数量的比重。

要是读者不太了解 Uniswap，我曾写过的一篇基于 Uniswap V1 的解释性文章肯定有所帮助 —— 在那篇文章中我解释了协议的整个机制、交易比例是如何计算出来的、流动性提供者如何能赚到佣金、使用 Uniswap 的好处和缺点，等等。见此处。

（编者注：想了解更多关于 Uniswap 的细节，可见文末超链接）

Uniswap V2 有什么新东西

Uniswap V2 给协议带来了一系列的升级和增强功能。主要的更新包括：

ERC20 对 ERC20 代币的交易对。即，不再需要 ETH 作为中介代币来协助两种 ERC2O 代币的互换过程。移除这个硬性要求可以减少一半的交易数量，也能节约交易的 Gas 费。也因此，dApp 可以在缺乏直接的代币互换池子的时候，更高效地发现从一种代币到另一种代币的 “路由”。这一部分我们后文还会详细讲。

价格信息传输功能，每个区块都能基于按时间加权平均的定价方式为交易对刷新价格。这一部分我们后文也会详细讲解。

闪电互换，或者说你可以从 Uniswap 流动性池中 “借出” 代币、用于与任意的外部服务交互、然后 还清 你的初始贷款，所有操作都要放在一笔交易内。这样的交易是原子化的，意思是说，交易中的任何一个操作失败，都是导致整笔交易失败、被改动的状态完全回复。这种功能的一个显而易见的用途就是利用流动性来做套利交易，但也有别的用途，比如为特定的 DeFi 操作节约 Gas 费，例如关闭 Maker 金库。（编者注：想进一步理解闪电互换的原理，可见文末超链接《一笔交易能做什么》）

支持不标准的 ERC20 代币。办法是将返回 void 类型的 transfer() 和 transferFrom() 的函数调用也视作成功的 transfer （转移）操作。这个功能看起来毫不起眼，但其实，许多主流代币比如 USDT（Tether）和 BNB（币安币）的 transfer 方法都会产生这样的返回值。支持这些广泛接受、但不完全遵守 ERC20 标准的代币，增强了 Uniswap 在链上交易所中的优势。

额外的功能性方法，用于防止用户所转移的代币数量超过 Solidity 编程语言所能支持的最大数量时出现溢出错误（overflow）

注意：不标准的 ERC20 代币即支持正式的 EIP 详述所指定的方法，但返回值的类型（以及相应地，方法的签名）迥异于详述的代币（合约）。这种缺陷会让一种代币变成不标准的代币。类似的，重命名或者移除了详述所指定的方法也会让代币变成不标准的，但这种情况在实践中很少见，如果像 Uniswap 这样的协议希望支持这样的变种，还需要大量的开发工作才能解决。

Uniswap V2 还引入了一个可启用的 0.05% 的协议层收费，就是从流动性提供者的 0.3% 的手续费中分一杯羹。不过，现在这个机制是关闭的 —— 而且只能够通过一个去中心化的治理机制来触发。我们后文还会再说。

Uniswap V2 经过充分的测试和审计之后方才推出

智能合约一经部署就不可改变的特性所带来的风险（代码问题可能导致 资产损失/冻结），已经是老生常谈了。如果一个合约包含了会导致资产锁定的错误，那是没有办法让这些发送资产的交易都撤销的（除非对整条区块链实施一次硬分叉 —— 按以太坊当前的体量和复杂的依赖关系，几乎是不可能这样做的）。

Uniswap 团队遵照了行业的标准实践以尽可能地消除 bug 风险和逻辑错误。值得称赞！

从 V1 转成 V2，团队也用 Solidity 语言重写了他们的智能合约（第一版的智能合约是用 Vyper 语言写的）。Uniswap 的开发者因此得以跨越 Vyper 语言的局限性、利用最新版本的 Solidity 语言中的更新的操作码，进一步优化了合约执行的 CPU 消耗（因此也节约了 Gas 费）。

Uniswap V2 由多个智能合约组成，包括 Factory 、Router V2、Pair 和 Pari ERC20，还有一个负责功能的 Library。

驱动 Uniswap 工作的几个主要的合约如下图所示：

Router 2 是 Router 1 优化之后的版本，不过它们的功能是一样的。Uniswap 建议所有的开发者都切换去用 Router 2 合约。

重写后的所有合约都得到了行内值得尊敬的开发团队的审核，也在模拟现实运行场景的测试网上做了广泛的测试。Consensys Diligence 联合多方撰写了对 Uniswap V2 源代码的完整报告。完整的审核报告可见此处。

显然的是，Uniswap V2 在上线主网之前经过了充分的测试和审核。贯彻对源代码的尽职审核 很有可能 保证了未来不会发现任何重大的问题，虽然 Uniswap 还是发布了一个 Bug 悬赏，任何人发现了重大漏洞都可以获得奖金。

安全是区块链生态永不可能绕开的一个话题，而且这种担心也是可以理解的，毕竟有这么大的资金体量在这里交易。对底层区块链的攻击（与共识、区块生产和交易验证有关的攻击）已经出现了大量的学术研究，但智能合约的完整性似乎仅仅在以太坊生态中才被人重视，因为被锁在合约中的资产仰赖于智能合约的逻辑来保证其安全性和可触达性。

好的，接下来我们就深入了解下 Uniswap V2 的机制，感受一下这个协议的潜力。

Uniswap V2 的工作原理

每个代币交易对都要通过工厂合约（factory contract）建立自己的流动性池。建立流动性池时，需在其中存入初始资金，以提供流动性。

流动性池中代币对的汇率是基于供需量计算得出的，即所谓的 恒定乘积公式（constant product formula） 。配合恒定乘积公式，一个交易对（也即一个流动性池）中的一种代币的价格，根据池中的供给量和交易者的需求量得出。因此，价格会在根据该公式画出的一条曲线上变动：

Uniswap V2 上的汇率取决于恒定乘积公式 

汇率是基于一个简单的公式 x * y = k （其中x 和 y 分别代表交易池中两种代币的可用数量）自动计算的。对应的曲线代表所有可能的汇率。每个交易对都有自己的曲线，用来调节当前汇率。

如果 代币 B 的需求量很大，以至于流动性干涸，其价格将成倍增长，导致 k 点向曲线左侧上移（如上图所示）（译者注：即更多的 A 只能换来更少的 B）。如果 代币 B 的供应量很大，需求比 代币 A 少得多，k 点就会向曲线右侧下移（译者注：即更少的 A 就可换来更多的 B）。要注意的是，这种供需平衡仅限于代币 A 与代币 B 的流动性池。如果是代币 B 与代币 C 的流动性池，会形成自己的供需平衡，汇率也会不同。

（译者注：简而言之，Uniswap 并不使用订单簿模式来决定代币的价格，相反，代币的价格会在用户交易的过程中连续且自动地根据公式来变动，让交易者的行为，包括注入流动性和套利交易，来找出没有套利空间的价格，即市价。）

受到这些机制的影响，Uniswap（以及其它使用恒定乘积公式的去中心化交易所）依赖套利交易来让流动性池中的代币价格与市场价格保持一致。从本质上来说，这些协议依然需要通过外部交易系统来调控流动性池中代币的价格。每个代币对的汇率将根据市场价格不断波动，为交易者带来巨大的套利机会。

当用户在 Uniswap.exchange 的代币对流动性池中进行交易时，使用的是实时汇率。JavaScript SDK（会在下文作进一步介绍）会为其它应用提供 API ，再由这些应用提供自己的界面来访问不同的代币对及其汇率。这些汇率应用于 ETH 和 ERC20 代币：

- Uniswap V2 用户界面上 ETH/DAI 交易对的汇率 -

现在，让我们深入探究可在 Uniswap V2 上执行的交易类型。Uniswap V2 提供了更多交易选择，因为它不再像 Uniswap V1 那样使用 ETH 作为中介代币来实现 “ETH 搭桥”。

Uniswap V2 上的交易选择

如上文所述，Uniswap V1 上的每个交易对中都有 ETH 。如果要将代币 A 兑换成代币 B ，必须先用代币 A 买入 ETH ，然后再用 ETH 买入代币 B 。因此，交易者需要支付两笔交易费和 gas 费。

Uniswap 的文档将 V1 称为去中心化自动交易所的 “原型”。这有可能是因为开发人员发现了 V2 提供的更高效的交易执行方法。不再将 ETH 作为中介代币就是优化之一。

如下图所示，ETH 不再作为中介代币之后，交易对之间可以进行直接交易：

两种 ERC20 代币直接互换

这种方式似乎既合理又直观，或许 V1 就应该采取这种运作方式。只需调用路由合约上的 swapExactTokensForTokens 和 swapTokensForExactTokens 方法即可交易。

上述方法名称中的 Exact 表示你希望为交换中的哪一种代币设置限额。如果你想用 DAI 买入一定数量的 ETH ，就要使用 swapTokensForExactTokens ；另一方面，如果你想用一定数量的 DAI 买入 ETH ，就要使用 swapExactTokensForTokens。Uniswap V2 的智能合约就采用了这两种方法。

除了直接交易外，用户依然可以选择使用 ETH 作为中介代币来实现两种代币之间的交易。用户无需直接在输入代币和输出代币之间创建流动性池，只要这两种代币与 ETH 之间存在流动性池即可。

例如，以 ETH 作为中介代币来实现 DAI 和 LINK 之间的交易，其流程如下图所示：

以 ETH 作为中介代币实现间接互换（类似于 Uniswp V1）

与之对应的 Solidity 方法是 swapExactETHForTokens 和 swapETHForExactTokens，以及 swapTokensForExactETH 和 swapExactTokensForETH。

实现代币交易的最后一种方法就是，在多个 ERC20 代币之间进行交易，直至获得你想要的输出代币为止，也就是白皮书中所说的 “任意 ERC20 交易对”。当然了，所谓的任意代币对中也可以包含 ETH 。

下图显示了如何通过一系列代币将 DAI 的价值转移到理想的输出代币 Link 中：

对于没有直接交易对的代币，可以通过一系列中介代币交易来获得输出代币

如果你的输入代币和你想获得的输出代币之间没有流动性池，就可以采取这种方法，而且不一定需要上文所述的 ETH 作为中介代币。

虽然这种交易方法是可行的，但是目前没有智能合约能自动实现这么多笔代币交易，只能手动将这个功能写入前端应用的代码中，并对 Uniswap 进行多个交易调用。

这个办法的使用频率可能不高，因为在通过一至两个中介代币转移价值后，额外的 Gas 费会让迂回交易变得很不划算。或许通过中心化交易所交易成本反而更低。尽管如此，一旦 ETH 2.0 主网上线，采用更加高效的 PoS 机制，再加上可扩展性功能，让迂回交易变得更加可行，这种方法将得到更广泛的使用。

价格信息传输机制

Uniswap 的价格信息传输机制可以让开发者基于某个代币在几个区块（也可以表示成两个时间戳之间的时间区间）内的价格波动性来计算该代币的平均价格。

这个时间区间可以是前 1 小时，前 24 小时乃至更久。

虽然 Uniswap 会提供代币价格，但是它不会在链上存储任何历史价格。需要 dApp 开发者自选基于一段时间的累积价格，来计算某个代币在这段时间的平均价格。

这些平均价格称为时间加权平均价格（Time Weighted Average Price，TWAP）。

所谓的 TWAP 就是在链上选定一段区块作为时间区间，将某个代币在这段区块内的累积价格（该代币在每个区块的价格）除以时间戳区间（结束区块的时间戳减去起始区块的时间戳），得出该代币在这段区块的平均价格。图解如下：

TWAP 是基于一段区块内的累积代币价格计算得出的

TWAP 是可靠的，反映了一段时间内的代币价格（别忘了，这是基于特定代币对的）。采取这种方式可以避免闪电崩盘和剧烈的价格波动，这些在加密货币市场上很常见。当市场出现价格波动时，TWAP 可以更准确地反映代币的情况。

如果需要，开发者可以通过 Uniswap 的 JavaScript SDK 免费获取价格信息。详情见下文。

闪电交易

闪电交易（Flash Swap）指的是通过一个交易来完成从 Uniswap 的流动性池中借出代币、使用这些代币进行某项操作并偿还这些代币这一多阶段流程。如果这个流程中的任意一阶段失败，所有状态更改都会撤销，相关代币重新回到对应的 Uniswap 流动池中。

下图显示了交易者如何能够不持有代币而执行闪电交易。这是因为从流动性池中借出的价值一定会归还到池内，要么交易失败，要么交易者归还借出的代币：

闪电交易的一大用例就是套利交易，而且交易者一定能在获利的同时将之前借得的代币价值归还至 Uniswap 流动性池内。交易者每次都能通过套利交易轻松获得收益。

另一个用例是使用 Uniswap 流动性池结算 Maker 金库，你可以偿还债务，并取出 Maker 金库中作为担保品的 ETH （或其它代币）来偿还 Uniswap 流动性池。相比直接使用自己持有的代币来还款，这种方式消耗的 gas 较少。

闪电交易是 Uniswap 上一项比较新的功能，不过我们很快就能看到更多 dApp 整合这一功能。

在交易机器人这一用例中，闪电交易还可以用来自动执行套利交易。交易机器人不需要资金来执行交易，只需要识别套利机会并执行闪电交易即可。

新的 0.05% 的协议收费和治理

Uniswap V2 还为协议引入了一种新的费用，叫做 “协议费（protocol fee）”，启用这一机制后，Uniswap 上发生的交易额的 0.05% 就会转移到一个由 Uniswap 持有的地址上。这个 0.05% 是从 Uniswap 标准的 0.3% 手续费中抽出来的，所以启动这一机制会导致流动性提供者的利益受损。

当前这一机制还是关闭状态，而且 Uniswap 项目方也没有任何公开声明表示有启用这一机制的计划。

添加这个机制似乎有点可疑，但 Uniswap 开发者认为，这是为了支持 Uniswap 的增长和可持续性的必要功能。而且，还有一个事实可以为他们辩护：启用这一机制需要一个治理机制，由社区来投票决定要不要启动这一机制。

虽然启动这一功能需要先达成社区共识，这样做会给予 Uniswap 项目方巨大的利益和竞争优势。

从好的一面来说，这笔费用可用于升级协议和整个生态系统、提高接受度，最终能够让流动性提供者获得更大的利益；理论上来说，可以弥补他们在这一机制中的利益受损。整个过程如下图所示：

收取 0.05% 的协议费用的积极结果 

现在还未有该治理机制的公开信息，但不妨假设会有利用 ERC20 代币来收集投票，类似于 Maker 的治理和投票机制。

为管理协议收费机制，Uniswap Factory 合约包含了 feeTo 和 feeToSetter 方法来设置接收资金的地址，以及有权更改 feeTo 地址的账户。

JavaScript SDK

本文有意避免过度技术化，但还是有必要提及 Uniswap 的 JavaScript SDK。这个开源库给 NodeJS、JavaScript 框架及所有基于浏览器的应用提供了 JavaScript API 来集成 Uniswap。

这已经足以让第三方应用直接将 Uniswap 集成到自己的产品和服务中。

Agent Wallet、Switcheo Exchange 和 Streamr Marketplace 是其中 3 个已经直接集成了 Uniswap 的产品。

该 JavaScript SDK 的文档讲解了用于提取代币对数据和代币对地址的 API，还有启动交易和获取定价的 API，应用可以借此使用上文所述的价格信息传输功能。

注意，API 不能自动执行交易，只能帮你 准备 一笔交易，把你愿意接受的市场价格中位数和交换所得的最低数量（也就是所谓的 “滑点” 考虑进去。

交易准备好之后，用户必须手动使用钱包软件（比如 MetaMask）发起和签名交易。

关于 Uniswap 的代币列表

如果你好奇 Uniswap.exchange 上的代币列表是如何决定的，很简单，这是人工操作的，Uniswap 团队会用视频会议讨论要加入哪些代币。因此，即使某种 ERC20 代币的交易池已经出现了，也并不代表这种代币会出现在 Uniswap 官方网站的代币列表上。

如果你是某种代币的发行者，你想要让你的代币出现在 [Uniswap.exchange] 默认的代币列表上，你需要在 Default Token List repository 上提交一个 Github issue。

Uniswap.exchange 上还有一个功能：你可以在一个搜索框内输入某个 ERC20 代币的地址来找出这种代币，然后添加到你自定义的列表中。这样一来你就能在 dApp 中交易这种代币了，但这不代表别人也能看到这种代币，因此也不会提高这种代币的曝光度。

开发者也可以在自己的 Uniswap 集成中创建定制化的代币列表，只需遵循一个简单的 JSON 结构即可。更多操作细节可见 Uniswap 的 Token Lists repository。

总结

本文完整地考察了 Uniswap V2，揭开了它的改进项目及其工作原理。更高效的代币互换、按时间来加权的价格信息标识机制、闪电兑换功能，都是重大改进，在这些改进的背后，是迁移到基于 Solidity 来编写合约的技术工作，这些技术工作让 Uniswap V2 得以利用最新的操作码来实现更高效率的执行。

Uniswap V2 保持了免信任、去中心化的本色，它存在于以太坊区块链上，除非爆破底层协议，不然就无从破坏它。到目前为止，没有这样的事情发生，而且，看现在的矿工群体规模（以及验证者的规模），以后也不太可能发生。

以太坊 2.0 的测试网 Medalla 启动时有 2 万名验证者 —— 我估计这个数字在主网启动时还会更高，因为到时候的验证者可以得到经济回报。

另一方面，Uniswap V2 作为一个代币交易所，也还不能说是完美的。在撰文之时，以太坊网络的 Gas 费正处于历史上最高的时期，这使得使用 Uniswap 的 Gas 费异常昂贵。Uniswap 没有实时订单簿功能，因此交易员要使用交易策略还是只能找上中心化交易所。如前所述，Uniswap 需要用户套利来保持交易所内代币价格与市场价格的一致，中心化交易所仍旧在平衡 Uniswap 的汇率上发挥着不可替代的作用。

Uniswap V2 是朝着正确的方向迈出的积极一步，但若想让去中心化交易所能够完全取代中心化交易所，还是长路漫漫。虽说如此，密码学货币社区（尤其是以太坊生态）的意见还是非常乐观的 —— 我们可以有把握地说，DeFi 的进展，不论从技术能力还是接受度来看，在短期内都不会放缓。