Uniswap V3: Concentrated Liquidity

Зачем это блокчейну?

Uniswap V2 работает, но неэффективен: ликвидность размазана по всему ценовому диапазону от 0 до бесконечности. V3 позволяет LP выбирать конкретный ценовой диапазон — это может увеличить эффективность капитала в 4000+ раз.

Concentrated Liquidity — одна из самых значимых инноваций в DeFi. Она фундаментально изменила экономику предоставления ликвидности и стала стандартом для современных DEX.

Тики и ценовые диапазоны

Интуитивное объяснение

Представьте числовую ось с отметками (тиками). Каждый тик соответствует определенной цене. LP выбирает два тика: нижний и верхний — это его ценовой диапазон. Ликвидность активна только когда текущая цена находится внутри этого диапазона.

Формула тика

Цена для каждого тика определяется формулой:

Каждый тик = 1 basis point = 0.01% изменения цены.

Примеры:

• Тик 0: price = 1.0001^0 = 1.0000
• Тик 1: price = 1.0001^1 = 1.0001 (+0.01%)
• Тик 100: price = 1.0001^100 = 1.01005 (+1%)
• Тик 76012: price = 1.0001^76012 ~ 2000 USDC/ETH

Обратная формула

Чтобы найти тик для заданной цены:

Tick Spacing

Не все тики доступны для создания позиций. Tick spacing зависит от комиссии пула:

LP может размещать ликвидность только на кратных tick spacing. Это оптимизация gas: меньше точек пересечения при свопе = дешевле.

Виртуальные vs реальные резервы

Ключевая идея

В V2 формула xy = k использует реальные резервы. Чтобы обеспечить ликвидность для любой цены от 0 до бесконечности, нужно огромное количество токенов.

V3 переворачивает подход: LP предоставляет реальные токены только для диапазона [p_a, p_b]. Протокол рассчитывает виртуальные резервы так, чтобы внутри этого диапазона формула xy = k работала корректно.

Математика виртуальных резервов

Для позиции в диапазоне [p_a, p_b] с ликвидностью L:

Виртуальные резервы:
x_virtual = L / sqrt(P)
y_virtual = L * sqrt(P)

Реальные токены (только для диапазона):
x_real = L * (1/sqrt(P) - 1/sqrt(p_b))
y_real = L * (sqrt(P) - sqrt(p_a))

Где P — текущая цена.

Что происходит при выходе из диапазона?

• Цена уходит выше p_b: Позиция становится 100% Token A (дешевый токен). Все Token B проданы.
• Цена уходит ниже p_a: Позиция становится 100% Token B (дорогой токен). Все Token A проданы.
• В обоих случаях: LP не зарабатывает комиссии, пока цена не вернется в диапазон.

NFT позиции

V2 vs V3 LP токены

Каждая V3 позиция уникальна: разный диапазон = разный NFT. Даже два LP с одинаковым диапазоном имеют разные NFT (разная ликвидность, разные earned fees).

NonfungiblePositionManager

Пользователи взаимодействуют с V3 через NonfungiblePositionManager:

• mint() — создать позицию (выбрать диапазон, внести токены)
• increaseLiquidity() — добавить ликвидность в существующую позицию
• decreaseLiquidity() — убрать ликвидность
• collect() — собрать накопленные комиссии

Капитальная эффективность

Расчет эффективности

Для диапазона [p_a, p_b] вокруг текущей цены P:

Пример: ETH/USDC, P = $2000, диапазон [1500, 2500]:

sqrt(2000) = 44.72
sqrt(1500) = 38.73
sqrt(2500) = 50.00

efficiency_x = 44.72 / (44.72 - 38.73) = 44.72 / 5.99 = 7.47
efficiency_y = 50.00 / (50.00 - 44.72) = 50.00 / 5.28 = 9.47

Итого: ~4.24x эффективнее V2 по среднему

Трейдофф

Алгоритмический уровень: V3 своп

V3 своп сложнее V2, потому что ликвидность разная на каждом тике:

# Упрощенный V3 своп (pseudocode)
def v3_swap(amount_in, zero_for_one):
    remaining = amount_in
    total_output = 0

    while remaining > 0:
        current_tick = get_current_tick()
        liquidity = get_liquidity_at(current_tick)

        # Рассчитать, сколько можно обменять в текущем тик-диапазоне
        next_tick = get_next_initialized_tick(current_tick, zero_for_one)
        (consumed, output) = compute_swap_step(
            remaining, liquidity, current_tick, next_tick
        )

        remaining -= consumed
        total_output += output

        if consumed_reaches_next_tick:
            # Пересекаем тик: активировать/деактивировать позиции
            cross_tick(next_tick)
            # Ликвидность на следующем тике может быть другой!

    return total_output

Ключевое отличие от V2: В V2 один расчет по формуле. В V3 своп может пересечь несколько тиков, и на каждом тике ликвидность (L) может измениться.

Gas implications

Пересечение тика стоит gas (~20K-40K gas за тик). Большие свопы через много тиков — дороже. Это еще один трейдофф concentrated liquidity.

Uniswap V4: Singleton и Hooks

Singleton Pattern

V4, запущенный 30 января 2025, революционно меняет архитектуру:

• V2/V3: Каждый пул — отдельный контракт. Factory создает через create2
• V4: ВСЕ пулы живут в одном контракте PoolManager (singleton)
• Создание пула = запись в mapping, не деплой контракта
• Gas на создание: ~99.99% дешевле

Flash Accounting (EIP-1153)

Multi-hop свопы в V2/V3 требуют промежуточных переводов токенов между пулами. V4 использует transient storage (EIP-1153) для flash accounting:

V2/V3: ETH -> Pool1 -> USDC -> Pool2 -> DAI (3 transfer)
V4:    ETH -> PoolManager [internal accounting] -> DAI (1 transfer in, 1 transfer out)

Экономия gas на multi-hop: 30-50%.

Hooks

Hooks — 10 точек в lifecycle пула, где можно вставить кастомную логику:

1. beforeInitialize / afterInitialize — создание пула
2. beforeAddLiquidity / afterAddLiquidity — добавление ликвидности
3. beforeRemoveLiquidity / afterRemoveLiquidity — удаление ликвидности
4. beforeSwap / afterSwap — свопы
5. beforeDonate / afterDonate — донаты в пул

Что можно сделать с hooks:

• Динамические комиссии (выше при волатильности)
• TWAP oracle (без отдельного контракта)
• Limit orders
• Автоматическая ребалансировка позиций
• KYC/compliance проверки
• MEV protection

Native ETH

V4 поддерживает нативный ETH без обертки в WETH. Это экономит ~21K gas на свопах с ETH.

Примечание: V4 в этом курсе — концептуальный материал. V2 math и V3 concentrated liquidity — фундаментальные концепции. V4 — эволюция архитектуры, а не формулы AMM.

V4 Hooks: production-паттерны (2025-2026)

V4 запущен в январе 2025. К середине 2025 разработчики создали более 2 500 hook-enabled пулов. Ниже — production-паттерны, которые формируют новую DEX-индустрию.

Lifecycle: 10 точек расширения

// 10 hook-флагов кодируются в адресе hook-контракта (3 младших бита x 4 пары + 2 bit для return delta)
contract MyHook is BaseHook {
    function getHookPermissions() public pure override returns (Hooks.Permissions memory) {
        return Hooks.Permissions({
            beforeInitialize: false, afterInitialize: true,
            beforeAddLiquidity: true, afterAddLiquidity: false,
            beforeRemoveLiquidity: true, afterRemoveLiquidity: false,
            beforeSwap: true, afterSwap: true,
            beforeDonate: false, afterDonate: false,
            beforeSwapReturnDelta: true,        // hook возвращает дельту -- меняет cashflow свопа
            afterSwapReturnDelta: false,
            afterAddLiquidityReturnDelta: false,
            afterRemoveLiquidityReturnDelta: false
        });
    }
}

PoolManager проверяет адрес hook-контракта: каждый бит адреса соответствует разрешению. Если бит не выставлен — хук просто не вызовется. Это значит, что hook нельзя “подкрутить” после деплоя — адрес фиксирует поведение.

Pattern 1: TWAMM (Time-Weighted AMM)

Проблема: Большой ордер вызывает price impact и MEV-атаки. Решение: разбить его на множество маленьких свопов во времени.

Lifecycle TWAMM-хука:
1. User: place_order(size=1000 USDC, duration=1h)
2. beforeSwap (срабатывает на ЛЮБОМ свопе в пуле):
   - hook рассчитывает, сколько USDC должен был торговаться с прошлого блока
   - выполняет внутренний "виртуальный" своп через PoolManager
3. После -- обычный пользовательский своп

TWAMM-ордера всегда первая активность в блоке — это защищает от sandwich-атак. Реализован UF-командой как референс-хук.

Pattern 2: Dynamic Fees

Fee меняется в зависимости от волатильности (или иной метрики):

function beforeSwap(...) external returns (bytes4, BeforeSwapDelta, uint24 fee) {
    uint24 dynamicFee = computeFee(volatility());  // 5 bps в стабильности, 100 bps в шторм
    return (BaseHook.beforeSwap.selector, BeforeSwapDelta.wrap(0), dynamicFee | LPFeeLibrary.OVERRIDE_FEE_FLAG);
}

LP-провайдеры получают компенсацию за impermanent loss во время волатильности — их “цифровой spread” расширяется автоматически.

Pattern 3: JIT-mitigation

Just-In-Time liquidity — атака LP, который добавляет ликвидность непосредственно перед большим свопом, забирает fee и тут же выходит. Это вытесняет долгосрочных LP. Hook может:

beforeAddLiquidity: пометить позицию timestamp
beforeRemoveLiquidity: если age < threshold (например 10 блоков) -- штраф 50% fees в пользу пула

Pattern 4: MEV-rebate (Angstrom, SUClave)

Hook проводит аукцион на право быть first-to-trade. Победитель платит LP-провайдерам, а не sandwich-боту. Sorella Labs (Angstrom) реализует это как app-specific sequencer на уровне hook — LP получают 80%+ от MEV, который раньше уходил searchers.

Pattern 5: Savings vault + Brevis-attested hooks

LP-позиция превращается в yield-bearing vault: hook автоматически реинвестирует комиссии в lending-протокол (Aave/Morpho). Brevis-attested хуки используют ZK-доказательства событий с других цепочек: например, hook начинает динамически снижать fee, если Brevis подтверждает большой volume на конкурирующей DEX.

Singleton + Flash Accounting: gas-математика

V3 swap (через 2 пула):
  ETH -> USDC: ERC20.transferFrom(user, Pool1) + ERC20.transfer(Pool1, Router)
  USDC -> DAI: ERC20.transferFrom(Router, Pool2) + ERC20.transfer(Pool2, user)
  = 4 storage SSTORE на ERC-20 балансах = ~80K gas

V4 swap (через PoolManager):
  PoolManager.unlock() {
    swap1: записать дельту в transient storage (TSTORE = 100 gas)
    swap2: записать дельту в transient storage
    settle(): один transferFrom от user, один transfer к user
  }
  = 2 ERC-20 трансфера + transient storage
  ~ -30...-50% gas на multi-hop

unlock — центральная семантика V4: между unlock() и моментом возврата управления PoolManager баланс пула может временно “не сходиться”, но к концу транзакции дельты должны равняться нулю (settle/take). Это и есть flash accounting.

Математический уровень

Tick math

Ликвидность V3

Хранится как uint128. Цена хранится как $\sqrt{P}$ в формате Q64.96 (fixed-point с 96 битами дробной части):

Капитальная эффективность формально

Для обеспечения той же глубины в диапазоне [p_a, p_b], V3 требует:

При $p_a = 1500, p_b = 2500$:

ratio = (2500 - 1500) / (2 * sqrt(1500 * 2500))
      = 1000 / (2 * 1936.49)
      = 1000 / 3872.98
      = 0.258

V3 нужно 25.8% капитала V2 = эффективность 3.87x

Что дальше

В следующем уроке (DEFI-05) разберем Impermanent Loss — главный риск LP:

• Формула IL = 2*sqrt(r)/(1+r) - 1
• Пошаговый вывод формулы
• Когда LP прибыльно (fee APR vs IL)
• Управление позицией в V2 и V3