從零開始UniswapV2 | Part-2 預言機

什麼是價格#

Uniswap 作為鏈上的去中心化交易所，承載著價值發現的功能，即用戶或其他鏈上合約可以通過 Uniswap 來獲取代幣的價格，Uniswap 在這其中承擔鏈上預言機的功能。

假設當前交易池中有 1 Ether 和 2000 USDC，那麼以太幣的價格就是 2000/1=2000 USDC，反之就是 USDC 的價格，因此價格就是一個比率，由於智能合約尚不支持小數，所以在 Uniswap 的代碼中拓展了新的數據類型來存儲價格，關於新的數據類型後面會專門做介紹。

TWAP 價格機制#

然而僅僅使用瞬時的代幣數目之比作為價格是不安全的，存在人為操縱價格預言機的風險，由於 Uniswap 提供了閃電貸功能，因此在某個閃電貸交易的瞬間，交易對內的代幣餘額會產生劇烈波動。在 UniswapV2 中為了解決這個問題，採用了 TWAP（Time Weighted Average Price）即時間加權的價格預言機機制。

具體工作原理如下：

假設過去一天，資產在前 20 個小時的價格為 20$，最近 4 小時的價格為 10$，那麼 TWAP=($20*20+10$*4)/24 = 18.33$
假設過去一天，資產在第一個小時的價格為 10$，最近 23 小時的價格為 15$，那麼 TWAP=($10*1+15$*23)/24 = 14.79$

總結下來，TWAP 的公式如下，這裡的 T 是時間段，P 是對應時間段的價格

在 UniswapV2 的合約中，只會記錄分子部分，即記錄每個時間段乘以單價的求和，而分母部分則需要使用方自行維護，交易對內有兩個代幣，所有有兩個值來記錄

通常我們只需關心某一時間區間內的代幣價格，這是 TWAP 公式的歷史價格公式：

假設我們的計價從 T4 開始，那麼實際的計價公式應該如下：

前面已經提到，在合約內有一個變量會追蹤分子的求和值，以 token0 的追蹤計價變量 price0Cumulativelast 為例：

這個變量是記錄了歷史以來所有時間段的求和，那麼我們只需要從 T4 開始的部分即可，計算方式也很簡單，在 T3 時間點我們獲取一個 price0Cumulativelast 變量的快照，在最新即 T6 時間點再獲取一次，兩次的差值即是 T4 - 最新時間段內 token0 的計價和

我們自己也維護了最近的窗口持續時間和，即：T4+T5+T6

那麼這段時間內的 TWAP 價格即可計算得出：(price0Cumulativelast-UpToTime3)/(T4+T5+T6)

UniswapV2 的實現#

具體到 Uniswap 的實現中，對於每個交易對都維護了兩個變量 price0Cumulativelast 和 price1Cumulativelast，在之前提到的_update 方法中進行求和，具體的代碼如下：

首先獲取當前的區塊時間戳blockTimestamp
通過與 blockTimestampLast 相減，計算出距離上次更新過去了多少時間timeElapsed
只有在timeElapsed >0 時，即進入下一個區塊時，才會累加價格 * 時間段
注意這裡的價格計算用到了UQ112x112 的特殊格式，了解它是為了記錄小數即可，後面會專門講解這裡的優化
在處理完累加後，才會更新blockTimestampLast 到最新的區塊時間戳

function _update(uint balance0, uint balance1, uint112 _reserve0, uint112 _reserve1) private {
    ...
    uint32 blockTimestamp = uint32(block.timestamp % 2**32);
    uint32 timeElapsed = blockTimestamp - blockTimestampLast;
    if (timeElapsed > 0 && _reserve0 != 0 && _reserve1 != 0) {
      // * never overflows, and + overflow is desired
      price0CumulativeLast += uint(UQ112x112.encode(_reserve1).uqdiv(_reserve0)) * timeElapsed;
      price1CumulativeLast += uint(UQ112x112.encode(_reserve0).uqdiv(_reserve1)) * timeElapsed;
    }
    blockTimestampLast = blockTimestamp;
    ...
  }

TWAP 的潛在問題#

基於時間加權的價格計算，會提高攻擊者的操縱成本，因為需要連續控制多個區塊，這樣的攻擊成本是很高的。
當價格產生劇烈波動時，由於有時間作為加權因素，預言機的價格無法在較短時間內反映出價格的波動，反而提供出過時的價格，尤其是在市場發生劇烈動盪時，這樣的情況會導致 Uniswap 中的價格與外部市場產生較大的差異。
使用 TWAP 預言機仍然依賴鏈下的定時觸發，存在維護成本與中心化問題。