[论文解读] SoK: Automated Market Maker (AMM) based Decentralized Exchanges (DEXs)

Jiahua Xu, Nazariy Vavryk+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 23, 2021

Blockchain Technology Applications and Security被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于分析基于自动做市商（AMM）的去中心化交易所（DEX）的通用框架，形式化了其状态空间表示，并推导出Uniswap、Curve和Sushiswap等主流协议的价差和损失偏离的闭式表达式。该框架实现了对AMM机制的系统性比较，并量化了交易者和做市商面临的关键经济权衡。

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.

研究动机与目标

• 建立一个统一的框架，用于建模基于AMM的去中心化交易所的经济特性。
• 形式化AMM协议的状态空间表示，以实现系统性比较。
• 推导出主流AMM协议中价差和损失偏离的闭式表达式。
• 量化AMM系统中交易者和做市商所面临的经济权衡。

提出的方法

• 作者基于决定流动性池价格的守恒函数，定义了一个通用的AMM框架。
• 通过池子储备金和不变量值，形式化了系统状态空间表示，以建模协议行为。
• 通过分析交易规模对价格影响的守恒函数，推导出价差的解析表达式。
• 将损失偏离形式化为相对于持有资产的做市机会成本，其表达式源自协议的价格函数。
• 该方法应用于六种主要AMM——Uniswap、Balancer、Curve、Dodo、Bancor和Sushiswap——使用其各自的不变量函数。
• 通过评估不同不变量函数对价差和损失偏离的影响，比较了协议机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不同交易规模下，不同AMM协议在价格影响和价差方面如何比较？
• RQ2 协议的不变量函数与其做市商的损失偏离之间存在何种正式关系？
• RQ3 守恒函数的选择如何影响交易者和做市商的经济激励？
• RQ4 在Uniswap和Curve等主流AMM协议之间，价差和无常损失的定量差异是什么？

主要发现

• 该框架成功推导出所研究的六种主要AMM协议中价差和损失偏离的闭式表达式。
• 使用常数乘积不变量的协议（如Uniswap）在大额交易中表现出更高的价差，相较于使用常数和或其他函数的协议。
• 损失偏离被正式量化为价格变动和特定不变量的函数，显示出各协议之间存在显著差异。
• 分析表明，Curve针对稳定币的不变量设计显著降低了稳定币交易对中的价差和损失偏离。