Builder DAO：Uniswap v4 —— DeFi 五月花号再次启程

I. 前言

1620 年，一艘名为五月花号（Mayflower）的英国船只驶离英格兰，五月花号带着102名乘客和大约30名船员驶向美国，他们离开英格兰的原因是认为英格兰教会不仅**改革而且过于腐败，所以决定穿越大西洋来到北美，在那里他们将建立属于自己的新**社区。

2017 年7月，Hayden Adams 被他大学毕业后的第一个雇主西门子解雇，彼时他还是一位毫无区块链开发经验的机械工程师。2018年8月，在 Hayden 失业的第13个月时，Hayden 与他的伙伴们完成了 Uniswap v1 的开发并在以太坊主网上线，从此成为 DeFi 世界里最不可或缺的拼图之一。而在本文着笔的48小时前，Uniswap 发布了他们的第四版迭代。我们在第一时间内浏览了他们的白皮书和合约代码，试图分析这一酝酿两年之久的更新较于前代有哪些坚持与变革。

II. Uniswap 的坚持

坦率地说，目前 v4 的合约还不是一个开发完成的状态，可读性和可性都受到了一定的影响。但是我们还是可以确认，v4 保留了很多前代验证为有效的特性：

• 恒定积公式 x*y = k 沿用至今；
• 限价流动性依然基于tick这一刻度体系来搭建；
• 流动性分布依然是水平分布在限价区间内，每个池的流动性深度依然是该市场内所有参与的流动性堆叠的结果；

可以说经过两年的市场验证，Uniswap v3 证明了其在资金利用率上的优势，限价流动性单这一极具创造力的设计在 v4 中被沿用。

III. Uniswap 的革新

结合白皮书和合约代码，我们欣喜地发现 v4 在上述坚持的基础上完成了诸多创新和改变，而这些革新主要着力于以下四个方面：

• 全新的合约结构
• 巧妙的账本设计
• 更高的开发者自由度
• 对于流动性提供者更多的保护

接下来，我们将从这四个方面入手，详细讨论其设计和工程实现上的巧思：

3.1 全新的合约结构

熟悉 Uniswap 过往版本代码的人都知道factory-pool这一自其 v1 沿用至今的合约架构，可以说这个架构至今都是目前 DeFi 世界里使用最广泛的合约结构。而 Uniswap 在 v4 中决定弃用，引入了新的单例合约（Singleton）结构，旨在**限度的降低创建流动性池以及跨池（合约）调用中的 gas 消耗。

我们可以看到，v4-core 中仅剩下PoolManager一个合约承担着核心的业务逻辑，而PoolManager将承担着协议所有流动性汇算的任务，使用PoolKey这一字段来索引对应的币对市场，而 AMM 曲线以及流动性的相关计算都抽象到了 libraries 库合约中。

在合约结构方面，同样值得一提的是 v4 的流动性仓位数据的存储与封装也产生了巨大改变：

• 在 v2 中，由于流动性全区间分布，协议使用的是同质化流动性代币（ERC-20）作为流动性份额的凭证；
• 在 v3 中，因为限价流动性的引入，仓位之间无法继续使用 ERC-20 来代币化流动性，而是选择在对应的流动性 Id 相关数据外层封装了非同质化代币（ERC-721），并使用NonfungiblePositionManager这一合约进行流动性相关操作的管理。
• 而在 v4 中，我们惊讶地发现，流动性仓位不再使用代币化的方法进行封装，而是使用地址进行仓位管理。

可以说 v3 在流动性仓位数据外层进行封装 ERC721 凭证的操作是比较割裂的，而 v4 这种简单直接地将流动性数据与地址绑定，虽然可能会丧失一些流动性代币相关的可组合性，但是无论从 gas 经济性上还是工程美学上都有极大的进步。

3.2 巧妙的账本设计

闪电记账（Flash Accounting）可以说是 v4 中**有开创性的设计之一。回顾过往市场中绝大多数流动性协议，它们的交易和流动性相关操作都伴随着代币转移，流程无外乎：安全性检查 -> 根据设定目标计算代币转换的数量 -> 更新账务数据 -> 代币转移。而 v4 中颠覆了这一固有的编码逻辑，利用回调函数（Callback Function）的特性，构建了一套复式记账账本。

什么是复式记账法？复式记账法是以资产与权益平衡关系作为记账基础，对于每一笔经济业务，都要以相等的金额在两个或两个以上相互联系的账户中进行登记，系统地反映资金运动变化结果的一种记账方法。举一个简单的例子，Alice 从 Bob 那里借款 1000 USDC，这一笔经济活动将被记录成：从上面的表格中，我们很好理解：资产 = 权益 – 负债。（此处负债为**值）

我们把这个例子拓展的更复杂一些：Alice 从 Bob 那里借款 1000 USDC；Bob 从 Carl 那里借款 1 ETH；Carl 又向 Alice 借了 1000 DAI，那么我们的复式记账表格将会是：

显然，Uniswap 的流动性池是交易者进行借贷的对象，而 swap 交易的本质则是：在交易完成后，流动性池与交易者彼此之间债务两清。也就是说当 Alice 试图使用 1800 USDC 购买 1 ETH 时，她与流动性池的关系也可以使用复式记账法来记录：

如果此刻 ETH-USDC 池中的 ETH 恰好价值 1800 USDC，那么在 swap 交易结束后，Alice 与 pool 互不相欠，交易可以成功执行。而在 v4 中，每个操作都会更新一个称为delta的内部净余额，而这个内部净余额就可以看作我们上面所说的资产。每笔交易，无论其跨过多少个交易对，都需要在完成时保证delta为零，否则将被驳回。v4 中新增的take()和settle()函数便可用于借出或存入资金到池中，协议便通过这两个函数来强制执行池的结算和偿付，以保证在调用结束时PoolManager与调用者之间互不相欠任何代币。

同时，协议引入了 ERC-1155 这一半同质化代币，并将协议的债务进行代币化。也就是说，当交易者或者 LP 在任一操作中导致协议对其产生欠款，他可以不使用take()而是使用mint()函数来 1：1 的铸造对应资产的 ERC-1155 代币来获得可刚性兑付的权益凭证。基于该权益凭证的激励或者衍生产品将会有极大的创造空间，而这也意味着，将会有更多流动性被留在流动性池内，为交易者提供更好的流动性深度和交易体验。

单例合约结构和闪电记账这两个特性的结合使得在多个 v4 池之间更高效地进行路由成为可能，降低了流动性碎片化的成本。

3.3 更高的开发者自由度

在 v4-periphery repo 中引入钩子hooks合约，hooks是在流动性池生命周期的各个时间节点运行的代码片段。开发者可以利用给出的BaseHook合约构建属于自己的个性化交易操作。

Uniswap v4 目前支持八个这样的钩子回调：

• beforeInitialize / afterInitialize
• beforeModifyPosition / afterModifyPosition
• beforeSwap / afterSwap
• beforeDonate / afterDonate

也就是说无论是 LP 还是交易者都可以在流动性池中操作时利用定制化的hooks来执行核心逻辑以外的业务逻辑。这无疑为很多原本通过链下中心化服务（如 Gelato Network）才能实现的功能提供了链上操作的可能性：

• 动态手续费
• 基于时间加权平均做市商来进行更低滑点的 swap 拆单
• 链上限价单
• 自定义链上价格预言机，如几何平均预言机（Geomean Oracles）

在此之上，我们可以展开想象，更多场景也有了实现空间：

• 动态手续费可以不是简单地根据时间线性变化，可以根据单笔 swap 产生的tick跳跃数量来量化波动率，从而动态改变手续费，实现对于 LP 无常风险的对冲
• 链上量化交易策略和流动性调仓策略
• 自动手续费复投

此外，引入hook后，池的数量预计将大幅增加，这也使得单例合约结构和复式记账的新设计有更多的用武之地，即，不同的设计更新之间是互相牵连的。

综上所述，v4 的确继续践行着其作为 DeFi 基础设施的使命，将自己的核心业务逻辑从纷繁的产品需求中抽象出来，将无尽的想象空间交给社区和开发者，引领更多的人参与进来。这一点上，Uniswap v4 做得比前代以及一众竞品更好。

3.4 对于流动性提供者更多的激励

v3 被一直诟病的缺乏对于 LP 的激励和保护在 v4 中有所改观。

PoolManager中内置的donate()方法将允许用户、协议外集成者和钩子直接以池中任一代币向在价格范围内的 LP 支付费用。这一新机制可以将 MEV 内化到 LP 的回报中，以便 LP 可以从 MEV 中受益。

3.5 其他协议的影子

Uniswap 作为 DEX 赛道的龙头，一直站在 AMM 研究的最前沿，但是在 AMM 的研究上其他 AMM 竞品也有各自的创新，在 Uniswap v4 这次的更新上我们也能看到其他协议的影子：

• 如 Uniswap v4 的 Singleton 和 Flash Accounting 结构与Balancer v2的Vault <-> Pool logic结构的高度一致，都采用了虚拟账本的形式对多个 Pool 进行统一记账来降低交易路由过程中的gas消耗。
• 在动态手续费、链上原生限价单，以及使用 ERC-1155 来具象化流动性是刚刚上线的Joe v2.1中已经实现的功能
• 同时，如 3.4 节所提到的内部化 MEV，LP 们从原本被 bots 获取 MEV 的对手方，因为 hooks 的存在，可以将它们纳入到自己的价值循环体系中，叠加 Flashbot 或者 Eden Network 等 MEV 拍卖/分配协议，可以把激励二次分配到提供了有效流动性的 LP 手中。这一点上，尽管Oosis并非 EVM 生态中的产品，但是 Skip Protocol 为其开发设计的 ProtoRev 也有很多借鉴之处。

IV. 思考

无疑，当下的加密市场处于深熊阶段，流动性萎缩叠加 SEC 监管升级都如同乌云笼罩在整个市场上空。与此同时，Uniswap 的交易量已经连续四个月超过 Coinbase，在监管压力之下，**的 DeFi 产品愈发证明其价值。时至今日，我们依然可以毫不吝啬地说，Uniswap 是以太坊上最伟大的用例之一。

故事回到本文的最开始，经过10周艰苦的海上航行，五月花号抵达美国，1620年11月21日在今美国马萨诸塞州科德角附近抛锚靠岸。当他们到达北美以后，1620年的冬季格外寒冷，102名乘客中有一半因病去世。但是活下来的50人继续在北美新英格兰扎根生活，生养众多，到21世纪他们的后裔已经达到3,500万人。在他们的后代中有很多美国**人物，包括大约五分之一的美国总统，例如亚当斯父子总统，小罗斯福总统，布什父子总统等政治、法律界人物，以及许多文艺界、科学界、宗教界人物。而在五月花号前往北美的航程中，这些乘客们在会议中签署了**《五月花号公约》，这个公约成为160年以后美利坚合众国成立时的宪法精神基础。

2017年，在 Hayden Adams 刚失业的那几个月里，他学习了智能合约的编写，又先后结识了 Vitalik Buterin，Philip Daian，Dan Robinson 等等与他志同道合的朋友，在他们的影响和帮助下，秉持着抗审查和开源的加密精神，Hayden 建造了 Uniswap，这艘 DeFi 世界的五月花号。而今天，它也即将再次启程，继续向着未知之境进发。

资料

• https://github.com/Uniswap
• https://blog.uniswap.org/uniswap-v4
• https://github.com/Uniswap/v4-core/blob/main/whitepaper-v4-draft.pdf

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