Uniswap V1 백서 및 코드

 

 

 

유니스왑(Uniswap)은 이더리움(Ethereum) 기반의 자동화된 토큰 교환 프로토콜입니다. 이는 사용의 용이성, 가스 효율성, 검열 저항성, 그리고 제로 임대료 추출을 중심으로 디자인되었습니다. 유니스왑은 거래자에게 유용하며, 보장된 체인 상 유동성을 요구하는 다른 스마트 계약의 구성 요소로서 특히 잘 작동합니다.

 

대부분의 거래소는 주문서를 유지하고 구매자와 판매자 간의 매칭을 용이하게 합니다. 유니스왑 스마트 계약은 다양한 토큰의 유동성 예비를 보유하며, 거래는 이러한 예비에 직접적으로 실행됩니다. 가격은 일정한 곱(x*y=k)의 시장 메이커 메커니즘을 사용하여 자동으로 설정되며, 전반적인 예비를 상대적으로 균형 상태로 유지합니다. 예비는 거래 수수료의 비례적인 점유율에 따라 시스템에 토큰을 제공하는 일련의 유동성 제공자 네트워크에서 풀링됩니다.

 

유니스왑(Uniswap)의 중요한 기능 중 하나는 ERC20 토큰마다 별도의 거래소 계약을 배포하는 팩토리/레지스트리(contract) 계약의 활용입니다. 이러한 거래소 계약은 ETH와 해당 ERC20의 예비를 각각 보유하고 있습니다. 이는 상대적인 공급을 기반으로 두 가지 사이의 거래를 허용합니다. 거래소 계약은 레지스트리를 통해 연결되어 ETH를 중개자로 사용하여 모든 토큰 간 직접적인 ERC20 to ERC20 거래가 가능합니다.

 

이 문서는 유니스왑(Uniswap)의 핵심 메커니즘과 기술적인 세부 정보를 개요합니다. 일부 코드는 가독성을 위해 단순화되었으며, 오버플로 확인 및 구매 최소액 등의 안전 기능은 생략되었습니다. 전체 소스 코드는 GitHub에서 확인할 수 있습니다.

 

Protocol Website:
uniswap.io

Home | Uniswap Protocol

 

Documentation:
docs.uniswap.io

Home | Uniswap Protocol

 

Code:
github.com/Uniswap

Uniswap Labs

 

 

Formalized Model:
https://github.com/runtimeverification/verified-smart-contracts/blob/uniswap/uniswap/x-y-k.pdf

GitHub - runtimeverification/verified-smart-contracts: Smart contracts which are formally verified

 

 

가스 벤치마크(Gas Benchmarks)

유니스왑(Uniswap)은 최소주의적인(미니멀리즘) 디자인으로 인해 매우 가스 효율적입니다. ETH에서 ERC20으로의 거래에서 Bancor보다 거의 10배 적은 가스를 사용합니다. 0x보다 ERC20 to ERC20 거래를 더 효율적으로 수행할 수 있으며, EtherDelta와 IDEX와 같은 체인상 주문서 거래와 비교할 때 상당한 가스 절감 효과가 있습니다

 

Exchange	Uniswap	EtherDelta	Banco	Radar Relay(0x)	IDEX	Airswap
ETH to ERC20	46,000	108,000	440,000	113,000*	143,000	90,000
ERC20 to ETH	60,000	93,000	403,000	113,000*	143,000	120,000*
ERC20 to ERC20	88,000	no	538,000	113,000	no	no
*wrapped ETH

ERC20 토큰을 직접 전송하는 비용은 36,000 가스다. -  유니스왑에서 ETH에서 ERC20으로의 거래 기준으로 다른 dex보다 20% 적은 가스를 사용한다.  (해석이 틀릴수도 있습니다. )

 

uniswap_factory.vy는 Uniswap 거래소의 팩토리 및 레지스트리 역할을 하는 스마트 계약입니다. 공개 함수인 createExchange()는 이미 거래소가 없는 모든 ERC20에 대해 Ethereum 사용자가 거래소 계약을 배포할 수 있도록 합니다.


[Python]

exchangeTemplate: public(address)
token_to_exchange: address[address]
exchange_to_token: address[address]
    
@public
def __init__(template: address):
    self.exchangeTemplate = template

#거래소를 배포하는 함수로 추정
@public
def createExchange(token: address) -> address:
    assert self.token_to_exchange[token] == ZERO_ADDRESS
    new_exchange: address = create_with_code_of(self.exchangeTemplate)
    self.token_to_exchange[token] = new_exchange
    self.exchange_to_token[new_exchange] = token
    return new_exchange

 

모든 토큰과 그에 대한 거래소의 기록이 팩토리에 저장됩니다. 토큰 또는 거래소 주소 중 하나로 getExchange() 및 getToken() 함수를 사용하여 다른 항목을 찾을 수 있습니다.

@public
@constant
def getExchange(token: address) -> address:
    return self.token_to_exchange[token]

@public
@constant
def getToken(exchange: address) -> address:
    return self.exchange_to_token[exchange]

팩토리는 거래소 계약을 시작할 때 토큰에 대해 강제하거나 검사하는 것이 아니라, 단일 토큰당 거래소 한 개의 제한을 강제합니다. 사용자 및 프론트엔드는 신뢰할 수 있는 토큰과 관련된 거래소와만 상호 작용해야 합니다.

 

 

ETH ⇄ ERC20 Trades

각 거래소 계약 (uniswap_exchange.vy)은 하나의 ERC20 토큰과 연관되며, ETH와 해당 토큰의 유동성 풀을 보유합니다. ETH와 ERC20 간의 환율은 계약 내에서 유동성 풀의 상대적 크기에 따라 결정됩니다. 이는 eth_pool * token_pool = 고정값 관계를 유지함으로써 수행됩니다. 이 고정값은 거래 중에 일정하게 유지되며, 시장에서 유동성이 추가되거나 제거될 때에만 변경됩니다.

ETH를 ERC20 토큰으로 변환하는 함수인 ethToTokenSwap()의 단순화된 버전은 아래와 같습니다:

 

eth_pool: uint256         
token_pool: uint256       
token: address(ERC20) 

@public
@payable
def ethToTokenSwap():
    fee: uint256 = msg.value / 500 
    invariant: uint256 = self.eth_pool * self.token_pool
    new_eth_pool: uint256 = self.eth_pool + msg.value
    new_token_pool: uint256 = invariant / (new_eth_pool - fee)
    tokens_out: uint256 = self.token_pool - new_token_pool
    self.eth_pool = new_eth_pool
    self.token_pool = new_token_pool
    self.token.transfer(msg.sender, tokens_out)

 

ETH가 eth_pool에 전송될 때 eth_pool이 증가합니다. eth_pool * token_pool = 고정값 관계를 유지하기 위해 token pool은 비례하는 양만큼 감소됩니다. token_pool이 감소하는 양은 구매한 토큰의 양과 같습니다. 이러한 비율 변화는 ETH를 ERC20으로 교환하는 환율을 변경시키며, 반대 방향의 거래를 유도합니다.

토큰을 ETH로 교환하는 것은 tokenToEthSwap() 함수를 사용하여 수행됩니다:

 

@public
def tokenToEthSwap(tokens_in: uint256):
    fee: uint256 = tokens_in / 500
    invariant: uint256 = self.eth_pool * self.token_pool
    new_token_pool: uint256 = self.token_pool + tokens_in
    new_eth_pool: uint256 = self.invariant / (new_token_pool - fee)
    eth_out: uint256 = self.eth_pool - new_eth_pool
    self.eth_pool = new_eth_pool
    self.token_pool = new_token_pool
    self.token.transferFrom(msg.sender, self, tokens_out)
    send(msg.sender, eth_out)

이는 token_pool을 증가시키고 eth_pool을 감소시켜 가격을 반대 방향으로 변경시킵니다. ETH에서 OMG으로 구매하는 예시를 아래에 보여드립니다.

Example: ETH → OMG

10 ETH와 500 OMG(ERC20)가 유동성 공급자에 의해 스마트 계약에 입금됩니다. ETH_pool * OMG_pool = 불변으로 자동으로 설정됩니다.

ETH_pool = 10

OMG_pool = 500

invariant = 10 * 500 = 5000 (ETH * OMG)

OMG 구매자는 계약에 1 ETH를 보냅니다. 유동성 공급자를 위해 0.25%의 수수료가 공제되고 나머지 0.9975 ETH가 ETH_pool에 추가됩니다. 그 다음, 불변은 유동성 풀에 있는 ETH의 새로운 금액으로 나누어 OMG_pool의 새 크기를 결정합니다. 남은 OMG는 구매자에게 보내집니다.

 

Buyer sends: 1 ETH 
Fee = 1 ETH / 500 = 0.0025 ETH (수수료)
ETH_pool = 10 + 1 - 0.0025 = 10.9975 (ETH Pool에 1ETH 받고 - 수수료한 최종 ETH_pool)
OMG_pool = 5000/10.9975 = 454.65 (오미세고 풀은 불변량(5000)을  / 최종 ETH_pool로 나눈 개수 ) 
Buyer receieves: 500 - 454.65 = 45.35 OMG 

이제 수수료가 유동성 풀에 추가되어 시장에서 유동성을 제거할 때 수집되는 유동성 공급자에게 지불되는 보상으로 작용합니다. 가격 계산 후에 수수료가 추가되기 때문에 불변은 매 거래마다 약간 증가하여 유동성 공급자에게 수익이 발생합니다. 사실 불변이 실제로 나타내는 것은 이전 거래 종료 시점에서의 ETH_pool * OMG_pool입니다.

 

ETH_pool = 10.9975 + 0.0025 = 11
OMG_pool = 454.65
new invariant = 11 * 454.65 = 5,001.15

이 경우 구매자는 45.35 OMG/ETH의 환율을 받았습니다. 그러나 가격이 변동되었습니다. 같은 방향으로 거래를 하는 다른 구매자는 약간 나쁜 OMG/ETH 환율을 받게 됩니다. 그러나 반대 방향으로 거래하는 구매자는 약간 더 나은 ETH/OMG 환율을 받게 됩니다.

1 ETH in
44.5 OMG out
Rate = 45.35 OMG/ETH

1ETH가 들어오고 44.5 OMG가 나갔다.
환율 = 45.35 OMG/ 1 ETH 

 

 

 

대규모 구매는 유동성 풀의 총 규모에 비해 크기 때문에 가격 슬리피지가 발생할 수 있습니다. 활발한 시장에서는 아비트리지(Arbitrage)가 가격이 다른 거래소와 너무 멀리 떨어지지 않도록 보장합니다.

 

 

ERC20 ⇄ ERC20 Trades

ETH는 모든 ERC20 토큰의 공통 페어로 사용되기 때문에 직접적인 ERC20에서 ERC20으로 스왑하는 중개자로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 단일 트랜잭션 내에서 한 거래소에서 OMG를 ETH로 변환한 다음, 또 다른 거래소에서 ETH를 KNC로 변환하는 것이 가능합니다.

 

예를 들어 OMG에서 KNC로 변환하려면, 구매자는 OMG 거래소 계약에서 tokenToTokenSwap() 함수를 호출합니다.

 

contract Factory():
    def getExchange(token_addr: address) -> address: constant

contract Exchange():
    def ethToTokenTransfer(recipent: address) -> bool: modifying
    
factory: Factory
    
@public
def tokenToTokenSwap(token_addr: address, tokens_sold: uint256):
    exchange: address = self.factory.getExchange(token_addr)
    fee: uint256 = tokens_sold / 500
    invariant: uint256 = self.eth_pool * self.token_pool
    new_token_pool: uint256 = self.token_pool + tokens_sold
    new_eth_pool: uint256 = invariant / (new_token_pool - fee)
    eth_out: uint256 = self.eth_pool - new_eth_pool
    self.eth_pool = new_eth_pool
    self.token_pool = new_token_pool
    Exchange(exchange).ethToTokenTransfer(msg.sender, value=eth_out)

여기서 token_addr은 KNC 토큰의 주소이며, tokens_sold는 판매되는 OMG의 양입니다. 이 함수는 먼저 공장에서 KNC 거래소 주소를 가져와 검색합니다. 그다음, 거래소는 입력된 OMG를 ETH로 변환합니다. 그러나 구매한 ETH를 구매자에게 반환하는 대신, 이 함수는 대신 KNC 거래소의 payable 함수인 ethToTokenTransfer()를 호출합니다.

@public
@payable
def ethToTokenTransfer(recipent: address):
    fee: uint256 = msg.value / 500
    invariant: uint256 = self.eth_pool * self.token_pool
    new_eth_pool: uint256 = self.eth_pool + msg.value
    new_token_pool: uint256 = invariant / (new_eth_pool - fee)
    tokens_out: uint256 = self.token_pool - new_token_pool
    self.eth_pool = new_eth_pool
    self.token_pool = new_token_pool
    self.invariant = new_eth_pool * new_token_pool
    self.token.transfer(recipent, tokens_out)

 

ethToTokenTransfer() 함수는 ETH와 구매자 주소를 받아들이고, 호출이 등록된 교환소에서 이루어졌는지 확인한 다음 ETH를 KNC로 변환하고 KNC를 원래 구매자에게 전달합니다. ethToTokenTransfer() 함수는 ethToTokenSwap() 함수와 동일하게 작동하지만 추가 입력 매개 변수 recipient: address가 있습니다. 이것은 msg.sender(이 경우 OMG 거래소) 대신 원래 구매자에게 구매된 토큰을 전달하는 데 사용됩니다.

 

Swaps vs Transfers(교환 vs 이체)

ethToTokenSwap(), tokenToEthSwap() 및 tokenToTokenSwap() 함수는 구매자의 주소에 구매된 토큰을 반환합니다.

ethToTokenTransfer(), tokenToEthTransfer() 및 tokenToTokenTransfer() 함수를 사용하면 구매자는 거래를하고 즉시 구매된 토큰을 수령자 주소로 전송할 수 있습니다.

 

 

 

Providing Liquidity(유동성 공급)

유동성 추가

유동성을 추가하려면, 해당 ERC20 토큰의 관련 거래소 계약에 ETH 및 ERC20 토큰과 동일한 가치를 예치해야합니다.

풀에 처음 유동성을 제공하는 공급자는 ETH와 ERC20 토큰의 동등한 가치를 예치하여 초기 환율을 설정합니다. 이 비율이 잘못되면, 자본유치 거래자들은 초기 유동성 공급자의 비용으로 가격을 균형으로 이끌어냅니다.

이후 모든 유동성 공급자는 예치 시점의 환율을 사용하여 ETH 및 ERC20를 예치합니다. 환율이 좋지 않으면 가격을 교정할 수 있는 이윤을 얻는 자본유치 기회가 있습니다.

 

 

유동성 토큰

 

유동성 토큰은 각 유동성 공급자가 공급한 총 예약액의 상대 비율을 추적하기 위해 발행됩니다. 이들은 매우 분할 가능하며, 언제든지 소각하여 시장의 유동성 비율에 비례하는 비율을 제공자에게 반환할 수 있습니다.

유동성 공급자는 예약금을 입금하고 새로운 유동성 토큰을 발행하기 위해 addLiquidity() 함수를 호출합니다.

 

@public
@payable
def addLiquidity():
    token_amount: uint256 = msg.value * token_pool / eth_pool 
    liquidity_minted: uint256 = msg.value * total_liquidity / eth_pool
        
        
    eth_added: uint256 = msg.value
    shares_minted: uint256 = (eth_added * self.total_shares) / self.eth_pool
    tokens_added: uint256 = (shares_minted * self.token_pool) / self.total_shares)
    self.shares[msg.sender] = self.shares[msg.sender] + shares_minted
    self.total_shares = self.total_shares + shares_minted
    self.eth_pool = self.eth_pool + eth_added
    self.token_pool = self.token_pool + tokens_added
    self.token.transferFrom(msg.sender, self, tokens_added)

 

발행된 유동성 토큰의 수는 함수에 전송된 ETH의 양에 의해 결정됩니다. 그것은 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다 :

 

 

ETH를 적립금에 예치하려면 ERC20 토큰에 상응하는 가치도 예치해야 한다. 이 값은 다음 방정식으로 계산됩니다:

Removing Liquidity(유동성 제거)

 

공급자는 언제든지 유동성 토큰을 소각해서(burn) ETH 및 ERC20 토큰의 비례적 몫을 풀에서 인출할 수 있습니다. 

 

 

ETH와 ERC20 토큰은 현재의 환율(보유 비율)에 따라 인출됩니다. 즉, 원래 투자 비율과는 다를 수 있습니다. 이는 시장 변동과 아비트라지(차익거래)로 인해 일부 가치가 손실될 수 있다는 것을 의미합니다.

거래 중에 취급 수수료는 새로운 유동성 토큰을 만들지 않고 총 유동성 풀에 추가됩니다. 이로 인해 ethWithdrawn 및 tokensWithdrawn은 유동성이 처음 추가된 이후 수집된 모든 수수료의 비례적인 점유율을 포함합니다.

유동성 토큰

유니스왑 유동성 토큰은 ETH-ERC20 페어에 대한 유동성 공급자의 기여를 나타냅니다. 유동성 토큰 자체가 ERC20 토큰이며 EIP-20의 완전한 구현을 포함합니다.

이를 통해 유동성 공급자는 유동성 토큰을 판매하거나 풀에서 유동성을 제거하지 않고 계정 간에 이전할 수 있습니다. 유동성 토큰은 단일 ETH⇄ERC20 교환에만 해당됩니다. 이 프로젝트에 대한 단일 통합 ERC20 토큰은 없습니다.

 

 

Fee Structure

• ETH to ERC20 trades
  • 0.3% fee paid in ETH (ETH에서 ERC20으로 거래시 ETH 0.3% 거래 수수료 지급)
• ERC20 to ETH trades
  • 0.3% fee paid in ERC20 tokens  (ERC20에서 ETH으로 거래시 ETH 0.3% 거래 수수료 지급)
• ERC20 to ERC20 trades
  • 0.3% fee paid in ERC20 tokens for ERC20 to ETH swap on input exchange
    (입력 거래소에서 ERC20에서 ETH로 스왑 시 0.3%의 수수료가 ERC20 토큰으로 지불됩니다.
  • 0.3% fee paid in ETH for ETH to ERC20 swap on output exchange
    (출력 거래소에서 ETH에서 ERC20으로 스왑 시 0.3%의 수수료가 ETH로 지불됩니다.)
    
  • Effectively 0.5991% fee on input ERC20
    (입력 ERC20에 대한 수수료는 실제로 0.5991%가 됩니다.)

1. ERC20 > ETH 거래시에는 ERC20 토큰의 0.3% 거래 수수료 지급
2. ETH > ERC20 거래시에는 ETH 토큰의 0.3% 거래 수수료 지급
3. ERC20 > ETH > ERC20 으로 들어가는 총 수수료는 0.5991%로 이해했다. 

ETH와 ERC20 토큰 간 스왑 시 0.3% 수수료가 있습니다. 이 수수료는 유동성 공급자가 유동성 예약에 기여한 비율에 따라 분배됩니다. ERC20에서 ERC20으로 거래할 경우 ERC20에서 ETH로 스왑과 ETH에서 ERC20으로 스왑이 모두 포함되므로 수수료가 두 거래 모두에서 부과됩니다. 플랫폼 수수료는 없습니다.

스왑 수수료는 즉시 유동성 예약에 입금됩니다. 추가적인 쉐어 토큰 없이 총 예약금이 증가하므로, 이는 모든 쉐어 토큰의 가치를 동일하게 증가시키는 기능을 합니다. 이것은 쉐어를 소각하여 수집할 수 있는 유동성 공급자에 대한 지급으로 작용합니다.

수수료가 유동성 풀에 추가되기 때문에, 무결성은 매 거래 종료 후 증가합니다. 하나의 거래 내에서, 무결성은 이전 거래 종료 시점에서 eth_pool * token_pool을 나타냅니다.

 

 

 

Custom Pools

ERC20 to Exchange

추가 기능인 tokenToExchangeSwap() 및 tokenToExchangeTransfer()는 유니스왑(Uniswap)의 유연성을 높입니다. 이러한 기능은 ERC20 토큰을 ETH로 변환하고 사용자 입력 주소에서 ethToTokenTransfer()를 시도합니다. 이를 통해 ERC20 토큰을 사용한 커스텀 유니스왑 거래를 같은 공장에서 나오지 않은 거래소에 대해 수행할 수 있습니다. 다만 해당 거래소가 적절한 인터페이스를 구현하고 있어야 합니다. 커스텀 거래소는 서로 다른 곡선, 매니저, 개인 유동성 풀, FOMO 기반 펀지 스키마 또는 상상할 수 있는 모든 것들을 가질 수 있습니다.

 

 

Opt-in Upgrades

검열 저항성 및 분산화된 스마트 계약의 업그레이드는 어렵습니다. 유니스왑(Uniswap) 1.0이 완벽하길 바랍니다. 하지만 아마 완벽하지 않을 것입니다. 개선된 유니스왑 2.0 디자인이 만들어진다면 새로운 팩토리 계약을 배포할 수 있습니다. 유동성 제공자들은 새로운 시스템으로 이동하거나 이전 시스템에 머무를 수 있습니다.

tokenToExchange 함수들은 서로 다른 공장에서 출시된 거래소와 거래할 수 있도록 합니다. 이는 하위 호환성(backwards compatibility)에 사용될 수 있습니다. 버전 내에서는 tokenToToken 및 tokenToExchange 함수를 모두 사용하여 ERC20 to ERC20 거래가 가능하지만, 버전 간에는 tokenToExchange 함수만 작동합니다. 모든 업그레이드는 옵트인(opt-in) 및 하위 호환성을 가지고 이루어집니다.

 

Frontrunning (선행매매)

Uniswap의 거래는 다른 사용자들이 먼저 거래(선행매매)하는 것을 막지 못합니다. 이는 어느 정도 제한되어 있으며, 사용자가 설정한 최소/최대값과 거래 마감 시간에 따라 제한됩니다. 이는 사용자가 설정한 최소/최대 값과 트랜잭션 마감일에 의해 제한됩니다.

즉, Uniswap에서 거래를 시도할 때, 다른 사용자들이 먼저 해당 거래를 처리할 수 있으며 이는 거래 가격을 올리거나 내리는 등의 영향을 미칠 수 있습니다. 하지만 사용자가 거래 시간과 최소/최대값을 제한해두면 이러한 선행 매매에 대한 영향을 어느 정도 제한할 수 있습니다.

선행매매란 투자매매업자나 투자중개업자가 금융투자상품의 가격에 중대한 영향을 미칠 수 있는 매수 또는 매도 주문을 받거나 받게 될 가능성이 큰 경우 고객의 주문을 체결하기 전에 자기의 계산으로 매수 또는 매도하거나 제3자에게 매수 또는 매도를 권유하는 행위를 말합니다.

경제
주식 시장에서 거래의 흐름을 미리 알고 주식을 팔거나 사들여 이익을 취하는 일.

 

 

 

 

장점:

1. 탈중앙화

2. 검열 저항성

3. 무허가 

4. eth pool과 erc20 pool의 비율을 일정량 유지하는 것을 통한 시장 공급을 조절하는 기능 

 

 

단점:

1. 슬리피지 : 매수/매도호가 스프레드로 인해 사용자가 원하는 가격 및 실제 체결 가격 간의 괴리 
2. ETH와 ERC20 토큰의 교환만 지원하고 ERC20과 ERC20을 거래할 때는 ERC20 > ETH > ERC20 으로 교환해야해서 수수료가 많이 발생하며 거래 처리가 복잡한 단점이 있다. 

 

 

참고:
https://hackmd.io/C-DvwDSfSxuh-Gd4WKE_ig#Introduction

🦄 Uniswap Whitepaper - HackMD