[논문 리뷰] SoK: Automated Market Maker (AMM) based Decentralized Exchanges (DEXs)

Jiahua Xu, Nazariy Vavryk외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 03. 23.

Blockchain Technology Applications and Security인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 자동 시장 메이커(AMM) 기반 탈중앙화 거래소(DEX)를 분석하기 위한 일반적 프레임워크를 제안하며, Uniswap, Curve, Sushiswap 등의 주요 프로토콜에서 슬리피지와 분산 손실에 대한 폐쇄형 표현식을 도출하고 상태공간 표현을 정형화한다. 이 프레임워크는 AMM 메커니즘을 체계적으로 비교하고 트레이더 및 리퀴idity 프로바이더가 겪는 핵심 경제적 트레이드오프를 정량화하는 데 기여한다.

ABSTRACT

As an integral part of the Decentralized Finance (DeFi) ecosystem, Automated Market Maker (AMM) based Decentralized Exchanges (DEXs) have gained massive traction with the revived interest in blockchain and distributed ledger technology in general. Most prominently, the top six AMMs -- Uniswap, Balancer, Curve, Dodo, Bancor and Sushiswap -- hold in aggregate 15 billion USD worth of crypto-assets as of March 2021. Instead of matching the buy and sell sides, AMMs employ a peer-to-pool method and determine asset price algorithmically through a so-called conservation function. Compared to centralized exchanges, AMMs exhibit the apparent advantage of decentralization, automation and continuous liquidity. Nonetheless, AMMs typically feature drawbacks such as high slippage for traders and divergence loss for liquidity providers. In this work, we establish a general AMM framework describing the economics and formalizing the system's state-space representation. We employ our framework to systematically compare the mechanics of the top AMM protocols, deriving their slippage and divergence loss functions.

연구 동기 및 목표

• AMM 기반 탈중앙화 거래소의 경제학을 모델링하기 위한 통합 프레임워크 수립.
• AMM 프로토콜의 상태공간 표현을 정형화하여 체계적 비교를 가능하게 하기.
• 주요 AMM 프로토콜에서 슬리피지와 분산 손실에 대한 폐쇄형 표현식 유도.
• AMM 시스템에서 트레이더 및 리퀴idity 프로바이더가 겪는 경제적 트레이드오프 정량화.

제안 방법

• 저자는 유동성 풀의 가격 결정을 규정하는 보존 함수를 기반으로 일반적인 AMM 프레임워크를 정의한다.
• 풀의 예비 자산과 불변값을 사용하여 시스템의 상태공간 표현을 정형화하여 프로토콜 행동을 모델링한다.
• 보존 함수를 통한 무역 크기의 가격 영향 분석을 통해 슬리피지에 대한 분석적 표현식을 도출한다.
• 분산 손실은 자산을 보유하는 것에 대한 리퀴idity 제공의 기회비용으로 정의되며, 프로토콜의 가격 함수에서 유도된다.
• 이 방법은 Uniswap, Balancer, Curve, Dodo, Bancor, Sushiswap의 6개 주요 AMM에 적용되며, 각각의 불변 함수를 사용한다.
• 다양한 불변 함수가 슬리피지와 분산 손실에 미치는 영향을 평가하여 프로토콜 메커니즘을 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 무역 크기 조건에서 서로 다른 AMM 프로토콜이 가격 영향과 슬리피지 측면에서 어떻게 비교 가능한가?
• RQ2 프로토콜의 불변 함수와 리퀴idity 프로바이더의 분산 손실 간의 공식적 관계는 무엇인가?
• RQ3 보존 함수의 선택이 트레이더 및 리퀴idity 프로바이더의 경제적 인centive에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 Uniswap 및 Curve와 같은 주요 AMM 프로토콜 간의 슬리피지 및 영구 손실에 대한 정량적 차이는 무엇인가?

주요 결과

• 이 프레임워크는 연구된 6개 주요 AMM 프로토콜 전반에 걸쳐 슬리피지와 분산 손실에 대한 폐쇄형 표현식을 성공적으로 도출하였다.
• 상수 곱 불변 함수를 사용하는 프로토콜(예: Uniswap)은 다른 함수를 사용하는 프로토콜에 비해 대규모 무역에서 더 높은 슬리피지를 보였다.
• 분산 손실은 가격 이동과 특정 불변 함수의 함수로 정량화되었으며, 프로토콜 간에 상당한 차이를 보였다.
• 분석 결과, Curve의 스테이블코인 중심 불변 함수는 스테이블코인 트레이딩 페어에서 슬리피지와 분산 손실을 최소화하는 것으로 드러났다.