Dynamic Function Market Maker (DFMM)
Arman Abgaryan, Utkarsh Sharma · Supra DeFi Research
Февраль 2023 · arXiv v1 (25 июля 2023)
Оригинал: Abgaryan, A. and Sharma, U. «Dynamic Function Market Maker (DFMM)» — arxiv.org/abs/2307.13624 (PDF, 41 стр.).
Оригинал на arXiv по лицензии arXiv nonexclusive-distrib 1.0; перевод для личной коллекции. Рис. 1–13 воспроизведены из оригинальной публикации.
Ключевые слова: Dynamic Function Market Maker, automated market maker, децентрализованные финансы, управление инвентарным риском, агрегация данных, order routing, трансфер риска, нелинейные финансовые инструменты, агрегация децентрализованных бирж.
Классификация arXiv: q-fin.GN
Аннотация
Децентрализованные automated market makers (AMM) привлекли значительное внимание в последние годы. В этой работе мы предлагаем адаптивный и полностью автоматизированный Dynamic Function Market Maker (DFMM), устраняющий существующие проблемы в этой области. Новый протокол DFMM включает убедительный механизм управления инвентарным риском, состоящий из агрегатора данных и протокола маршрутизации заявок. Протокол работает на методе агрегации данных, обеспечивающем максимальную синхронизацию со всей ценочувствительной рыночной информацией, что способствует принципу единой цены и поддержанию максимальной эффективности рынков. Агрегатор данных включает виртуальный стакан заявок, гарантируя эффicientное ценообразование активов на локальных рынках за счёт синхронизации динамики цена–объём DFMM с информацией с внешних площадок, включая конкурентов. Эта способность агрегации данных — фундамальная черта протокола и даёт критическую информацию для нового метода ребалансировки и маршрутизации заявок. Метод ребалансировки и маршрутизации в DFMM оптимизирует незакрытый инвентарный риск через арбитражёров так, что арбитражёры с большей вероятностью действуют в пользу управления инвентарём DFMM, чем в протоколе без перечисленных преимуществ; это дополняется встроенным механизмом price assurance. Для управления риском DFMM использует защитные буферы на основе нелинейных производных финансовых инструментов, повышающих устойчивость протокола и смягчающих потенциальные потери от волатильности рынка. Протокол также применяет алгоритмический учётный актив — единый актив, связывающий все пулы и устраняющий проблему сегрегированных пулов и ограниченного трансфера риска. Процесс расчёта полностью управляется протоколом, максимизируя эффективность процессов управления риском и устраняя субъективные оценки рыночного риска. Предложенный протокол DFMM — полностью автоматизированное, децентрализованное и устойчивое решение для automated market making, нацеленное на долгосрочную жизнеспособность и стабильность в классе активов, требующем робастности.
1. Введение
Blockchain-based automated market maker (AMM) революционизирует торговлю, обеспечивая обмен ценностью между участниками рынка через смарт-контракты без централизованного matching agent. Эти системы быстро набрали популярность и поддерживают значительные объёмы финансовых активов. Их привлекательность — в отсутствии зависимости от активных маркетмейкеров (используются liquidity providers, LP) и в inherent робастности по сравнению с уязвимыми «централизованными» биржами.
Несмотря на успех, есть фундаментальные недостатки (см. [24, 4]), мешающие более широкому принятию: высокое проскальзывание, impermanent loss и неудовлетворительные протоколы снижения риска.
Для устранения этих ограничений мы вводим Dynamic Function Market Maker (DFMM) — blockchain-based AMM с динамическими функциями, преодолевающий недостатки популярных дизайнов AMM. Прежде всего DFMM агрегирует ценорелевантную информацию с внешних торговых площадок (централизованных и децентрализованных) через виртуальный стакан и децентрализованный oracle service. Это смягчает impermanent loss от изолированных рынков и снижает зависимость от арбитражёров для синхронизации цен AMM с конкурирующими площадками. Во-вторых, DFMM оптимизирует распределение ликвидности по ценовым уровням, минимизируя проскальзывание. В-третьих, DFMM обеспечивает максимальную стабильность, активно отслеживая emerging market risks rules-based механизмом, что информирует управление незакрытым инвентарным риском с участием secondary liquidity providers (sLP) — новых агентов, ответственных за ценообразование и торговлю инвентарным риском. Система оценивает срочность управления риском через аукционный механизм, определяющий rebalancing premia. Наконец, вводится алгоритмически управляемый accounting asset — общий контрагент для всех пулов, агрегирующий ликвидность через разрозненные asset-pair pools и концентрирующий ликвидность у текущей рыночной цены для оптимальной кривой цена–объём.
DFMM — робастное комплексное решение «one-stop-shop» для торговли цифровыми финансовыми активами с multi-exchange и cross-chain агрегацией ликвидности. Преимущества над price discovery на одной площадке очевидны: ограничение проскальзывания, смягчение impermanent loss и существенное снижение инвентарных рисков. Продвигая фундаментальный price discovery, DFMM способствует развитию индустрии цифровых активов, где устойчивость ценности не зависит только от притока нового капитала. DFMM также превосходит DEX-агрегаторы по трём аспектам: (i) финансовые стимулы для routers оптимизировать эффективность путей исполнения, а не только объём; (ii) устранение барьеров входа для провайдеров order routing (в т.ч. miners как routers); (iii) полная децентрализация exchange aggregation и order routing без централизованных операторов.
Структура работы. Раздел 2 — предварительные понятия, допущения и определения. Раздел 3 — обзор существующих работ. Раздел 4 — комплексный обзор протокола DFMM: external market curve, liquidity provision, local price formation, dynamic regulation и protocol P&L. В будущих ревизиях планируются результаты симуляций и stress tests.
2. Предварительные понятия и допущения
Допущение 1. Участники рынка во внутреннем и конкурирующем внешнем рынке рациональны в смысле максимизации полезности [20].
Пусть \(A\) — множество альтернатив, \(\succcurlyeq\) — отношение предпочтения. Предпочтения удовлетворяют полноте, транзитивности и непрерывности. Рациональный агент выбирает \(x \in A\), максимизирующий функцию полезности \(U(x)\):
\[ x \in A : U(x) \ge U(y)\ \forall y \in A. \tag{1} \]Рациональность мотивирует участников максимизировать терминальное богатство \(W_T\), \(\forall T \in (0,\infty)\), при \(W_0 > 0\). LP максимизируют богатство на более длинном горизонте, чем краткосрочные трейдеры.
Допущение 2. Будущие цены активов на внутреннем и внешнем рынках неограничены: \(P(t) \in \mathbb{R}_+\), \(\lim_{t\to\infty} P(t) = \infty\) (практически полный набор исходов неперечислим).
Допущение 3. Объём торгов актива \(X\) на внешних площадках \(V^{EX}\) существенно превышает объём на внутреннем рынке \(V^{IX}\): \(V^{IX} \lt V^{EX}\). Следовательно, локальная цена должна подстраиваться под динамику внешних рынков, а не наоборот.
Допущение 4. Система DFMM эволюционирует дискретно по шагам \(t\), определяемым последовательными обновлениями состояния протокола; длительность шагов не обязана быть одинаковой.
Определение 1 (Aggregators). Aggregators — специализированные сущности, консолидирующие торговый объём цифровых активов, объединяя ликвидность с различных площадок (DEX и CEX), создавая единый marketplace с улучшенным исполнением, меньшим проскальзыванием и повышенной эффективностью.
Определение 2 (Epoch). Epoch \(e\) — фиксированный временной интервал (например, block time), в который может входить несколько time steps.
Определение 3 (Automated Market Maker). AMM — финансовый протокол или смарт-контракт, работающий как децентрализованное финансовое учреждение с rules-based механизмом (часто детерминированная payoff function), контролирующим цены \((P_t^X, P_t^Y)\) и объёмы \((V_t^X, V_t^Y)\) активов \(X\) и \(Y\).
Определение 4 (Cross-chain AMM). cAMM работает на нескольких блокчейнах: \(AMM : \{B_1,\ldots,B_n\} \to T\), где \(B_i\) — сеть \(i\), \(T\) — торговая функциональность для активов \(A_1,\ldots,A_m\) на соответствующих сетях.
Определение 5 (Inventory Risk Management). Управление инвентарным риском минимизирует потери от дисбаланса инвентаря \(I\) участника; после управления риском позиция \(P\) удовлетворяет ограничениям толерантности к риску:
\[ \min \text{Loss}(P). \tag{2} \]Определение 6 (Impermanent Loss). IL — специфический рыночный риск AMM с арбитражным price discovery (например, CPMM). При изменении внешней цены арбитражёры выравнивают инвентарь AMM, получая прибыль за счёт LP. Для CPMM с активами \(X\) и \(Y\):
\[ IL = \sqrt{\frac{P_1^X}{P_0^X}} - \frac{1}{2}\left(\frac{P_1^X}{P_0^X} + 1\right), \tag{3} \]где \(P_0^X\) — начальная внешняя цена \(X\) в терминах \(Y\) при депозите LP, \(P_1^X\) — последующая цена.
Определение 7 (Liquidity). Ликвидность — лёгкость покупки/продажи актива без существенного ценового воздействия. Измеряем кумулятивным объёмом, доступным на разных ценовых уровнях:
\[ L(P_L, P_U) = \int_{P_L}^{P_U} V(p)\,dp. \tag{4} \]На price-volume chart (liquidity density function) ось \(x\) — цена, ось \(y\) — глубина; слева от mid — bid, справа — ask.
Определение 8 (Concentration Rate of Liquidity). CR измеряет близость распределения ликвидности к текущей рыночной цене:
\[ CR = \frac{\sum_{i=1}^{n} L_i}{\sum_{i=1}^{n} L_i \cdot |P_i - P_{\text{market}}|}. \tag{5} \]Более высокий CR означает концентрацию ликвидности ближе к текущей цене.
Определение 9 (Slippage). Проскальзывание в момент \(t\): \(S_t = P_t^* - P_t\), где \(P_t^*\) — ожидаемая цена (best bid/offer или иная). Slippage может быть положительным для P&L трейдера.
Определение 10 (Market Impact). Ценовое воздействие сделки: \(\Delta P_t = P_t - P_{t-1} = \alpha V_t\), где \(\alpha\) — чувствительность цены к размеру, \(V_t\) — размер сделки.
Определение 11 (Liquidity Pool). Пул ликвидности — crowd-sourced pool цифровых активов в смарт-контракте. Пул актива \(X\) обозначается \(L_X\); paired pools \(\{L_X, L_Y\}\) позволяют обмен между активами по правилу ценообразования.
Определение 12 (Liquidity Vector). Вектор ликвидности \(L = (V_{P_L}, \ldots, V_{P_H})\) с числом элементов \((P_H - P_L)/\delta P\). Объём, доступный по лимитной цене \(P = P_H\):
\[ V_{P_H} = \int_0^{P_H} L(P)\,dP. \tag{8} \]В дальнейшем для удобства анализа фокус смещается с ценового измерения на объёмное.
Определение 13 (Market Makers). Маркетмейкеры выставляют цены покупки и продажи в рамках risk management framework, стремясь к минимальной нетто-позиции; bid-ask spread (в DeFi — AMM fees) может не компенсировать inventory risk и impermanent loss от market pricing rules (например, CFMM).
Определение 14 (Primary Liquidity Providers, pLP). pLP максимизируют терминальное богатство \(W_T\) при \(W_0 > 0\), депонируя активы в DFMM как стабильный источник ликвидности. pLP — пассивные risk-takers, медленнее других агентов ребалансируют инвентарь; \(I_{t}^{LP,X}\) — инвентарь актива \(X\), предоставленный pLP на шаге \(t\).
Определение 15 (Arbitrageurs). Арбитражёры обеспечивают закон единой цены [13], эксплуатируя ценовую асинхронность между площадками. На blockchain-AMM их роль особенно важна из-за ограниченной интеграции с внешними системами. Арбитражёр максимизирует \(W_{t+1}\), а не \(W_T\) при \(T \gg t\); вознаграждение — arbitrageable value в системе за вычетом gas и прочих издержек. Предполагается отсутствие market impact от действий арбитражёра; фокус — на rebalancing effect в пуле.
Определение 16 (Traders / Liquidity Takers). Трейдеры строят средне- и долгосрочные позиции, минимизируя slippage и market impact:
\[ \min \sum_{s \in S}\sum_{t \in T} \big(\text{Slippage}(t,s)\cdot V(t,s) + \text{MarketImpact}(t,s)\big) \]при \(V(t,s) \ge 0\) и \(\text{MarketImpact}(t,s) = f(V(t,s))\).
3. Обзор литературы
Торговля продуктами имеет долгую историю на централизованных рынках; с финансиализацией возникла роль маркетмейкеров как principal risk takers, зарабатывающих на bid-ask spread при минимизации inventory risk. С развитием цифровых активов и скандалов (FTX, Todex, Bitfinex, Mt. Gox) стала очевидна уязвимость централизованных систем; trustless децентralization — альтернатива с прозрачностью, сниженным counterparty risk и контролем активов.
Вычислительные ограничения затруднили LOB на блокчейне и привели к AMM [29, 21, 22, 27] и DEX. Популярные конструкции: CPMM [2, 28], CMMM [19], Constant Ellipse Curve Market Maker [29]; ранние combinatorial information markets [14, 15]. Hybrid market makers [8, 22] комбинируют pricing functions; leverage-решения [30] часто маскируют, а не устраняют причины IL и arbitrage loss.
DFMM — AMM с price-volume curve, совмещающей dynamic curves [18] и order routing [6, 9]. Академических protocol-layer решений для децентрализованной incentivisation оптимального routing мало; связанные работы — DEX aggregators (1inch [1], Paraswap [23], OpenOcean [12]) и сети AMM [10]. Малоизученная область — optimal risk management для AMM, что мы подчёркиваем симуляциями.
4. Протокол
DFMM предоставляет эfficient market-making с адаптацией к рыночным условиям. Механизм \(\Omega(\cdot)\) состоит из функций \(L_I(\cdot)\), \(L_E(\cdot)\) и \(R(\cdot)\), использующих внутреннюю информацию \(\omega^I\) и внешнюю \(\omega^E\). Из \(\omega^E\) выводится external liquidity density function \(L_E(\cdot)\) (раздел 4.1). Функция \(L_I(L_E(\omega^E), R(\omega^I))\) — internal liquidity density function. Rebalancing function \(R(\cdot)\) распределяет ликвидность по ценовым уровням и маршрутизирует сделки на внешние рынки.
4.1. External Liquidity Density Function (ELDF)
По допущению «рынок всегда прав»: динамика внешних площадок должна отражаться локально. В линейной форме объём на внешней площадке: \(V_t^X = L_t^E(V)\), \(V_t^Y = L_t^E(V)\). Функцию \(L_t^E(\cdot)\) (ELDF) аппроксимируем полиномом второго порядка с коэффициентами от decentralised oracles. Арбитражёры монетизируют разницу цен: \(\mathbb{E}[R_{\text{arb}}] = |P^I - P^E|(1-\upsilon)\).
4.1.1. Построение ELDF
Decentralised data oracle собирает точки \((p_1,v_1),\ldots,(p_n,v_n)\) (объёмы в USD). Crossed markets не допускаются; bid и ask агрегируются. Точки используются для bid/ask ELDF: \(L_{bid,t}^{EX}\) и \(L_{ask,t}^{EX}\).
На рис. 2 дополнительная ликвидность на внешних рынках количественно задаётся площадью между internal и external кривыми (ask — первый квадрант, bid — третий). Из-за ограничений oracle-практики bid и ask могут объединяться в единую price-volume кривую. По \(m\) точкам \((x_i,y_i)\) подбирается полином \(n\)-го порядка:
\[ y_i = f_n(x) = c_0 + c_1(x-x_0) + c_2(x-x_0)(x-x_1) + \cdots + c_n \prod_{j=0}^{m-1}(x-x_j), \tag{9–10} \]или в компактной форме через коэффициенты \(c_0,\ldots,c_n\). Ожидается полином 2-го порядка; альтернатива — Gaussian processes [25] с маргинализацией гиперпараметров [26]. Конкретная методология curve fitting — на усмотрение oracle providers.
4.1.2. Транзакционный учёт
Oracle переводит дискретный LOB в непрерывную кривую; далее ось переключается на volume-price space.
Определение 17 (Slot). Slot \(s_\nu\) — частота обновления полиномиальной кривой внешнего рынка; slot \(s\) в состоянии \(\nu\) характеризуется \((t_s^0, t_s^T)\), причём \(t_{s-1}^T = t_s^0\). Объём торгов в slot: \(V_{s_\nu}^{Y+}\), \(V_{s_\nu}^{Y-}\) (+ продажа, − покупка).
\[ V_{s_\nu}^{Y+} = \sum_{n=t_s^0}^{t_s^\nu} \Delta I_n^{Y+}, \quad V_{s_\nu}^{Y-} = \sum_{n=t_s^0}^{t_s^\nu} \Delta I_n^{Y-}. \tag{12–13} \]При \(\nu=1\) и применении ELDF как pricing rule обмен \(X \to Y\) изменяет инвентарь:
\[ (I_1^Y, I_1^X) \to \left(I_1^Y + \Delta I_2^Y,\ I_1^X - \int_{V_1^{Y-}}^{V_{12}^{Y-}} (c_2 V^Y + c_1 V^Y + c_0)\,dV^Y\right). \tag{14} \]Интеграл по ELDF (полином 2-го порядка) даёт количество \(X\) за обмен \(Y\); из уравнения для \(M\) единиц \(X\) находят корни \(V_{12}^{Y-}\) (уравнения 15–17 в оригинале).
4.2. Liquidity Provision & Protection
Вводится derivatives-based схема и algorithmic accounting asset для трансфера инвентарного риска, агрегации ликвидности между пулами и single-sided liquidity для pLP.
Новый агент — secondary LP (sLP) — создаёт рынок для ценообразования избыточного риска pLP через native toolkit протокола.
Определение 18 (Liquidity Network). Сеть ликвидности AMM — ориентированный граф \(G(V,E)\): вершины — paired inventory pools, рёбра — переводы ликвидности \((s,r,b)\); path capacity ограничена инвентарём пулов.
На рис. 3 paired pools не имеют общего counterpart asset (E и A), нужен optimal routing path. Synthetic counterpart asset (accounting coin) сокращает длину маршрута и позволяет pLP депонировать один актив без обязательной пары [2].
Определение 19 (Open Inventory). Open inventory актива \(X\):
\[ \tilde{I}_t^X = I_t^X - I_{t}^{LP,X}. \tag{19} \]
Неравенство solvency для двух активов:
\[ L_{bid,t}^{E,X}(I_t^X) + L_{bid,t}^{E,Y}(I_t^Y) \ge L_{bid,t}^{E,X}(I_{t}^{LP,X}) + L_{bid,t}^{E,Y}(I_{t}^{LP,Y}). \tag{18} \]Algorithmic accounting asset \(\$S\), привязанный к USD; synthetic pools \(\{L_X, L_{SX}\}\), \(\{L_Y, L_{SY}\}\).
При обмене \(X/Y\): пользователь депонирует \(X\) в \(L_X\), synthetically получает \(\$S\) из \(L_{SX}\) (учётная операция); \(\$S\) переводится в \(L_{SY}\) и конвертируется в \(Y\) по pricing rule \(L_Y\).
\[ T_t^X = \sum_{i=0}^{t} V_i^{SX+} - \sum_{i=0}^{t} V_i^{SX-}. \tag{20} \]\(T_t^X\) — номинальная open inventory position пула \(L_X\). При \(\tilde{I}_t^X \ne 0\) возможно assets < liabilities; hedging program:
\[ \begin{cases} L_{bid,t}^{E,X}(|I_{t}^{LP,X} - I_t^X|) = T_t^X & \forall I_t^X \ge I_{t}^{LP,X} \\ L_{ask,t}^{E,X}(|I_{t}^{LP,X} - I_t^X|) = T_t^X & \forall I_t^X \lt I_{t}^{LP,X} \end{cases} \tag{21} \]4.2.2. Secondary Liquidity Providers (sLP)
Определение 21 (sLP). sLP не депонируют активы в liquidity pools, а в margin vaults как collateral, предоставляя ограниченную защиту pLP через нелинейные деривативы и market making bid/ask в протоколе. Collateral: \(C_{long,t}^X\), \(C_{short,t}^X\).
Определение 22 (Collateralisation Rate). \(\varrho_{long}^X\), \(\varrho_{short}^X\) — доля unhedged open inventory в vault как collateral. Максимальная поддерживаемая open inventory: \(C_{short,t}^X / \varrho_{short}^X\) и \(C_{long,t}^X / \varrho_{long}^X\).
Определение 23–24 (Bundle / Complete Bundle). Bundle — tuple spot + derivative. Complete bundle: net delta spot и derivative = 0, протокол без directional exposure и может выполнить обязательства pLP (уравн. 18): \(\Delta_{Bundle,t}^{sLP,X} = \Delta_{pLP,t}^X + \Delta_{sLP,t}^X = 0\).
4.2.3. Digital Swaption
Определение 25 (Digital Swaption). Non-recourse нелинейный инструмент: право (не обязанность) войти в total return swap с фиксированной датой начала, сроком и ставкой. sLP поглощает нежелательную экспозицию pLP до порога \(r_u\); DFMM платит премию \(\psi(X, r_u)\). «Digital» — settlement в блокчейне; non-recourse пов поведению put-spread (long) и call-spread (short).
Если после сделок в epoch инвентарь ниже уровня pLP (\(I_t^X - I_{t}^{LP,X} > 0\)), протокол — variable leg payer, sLP в short vault — variable leg; и наоборот при избытке инвентаря. Settlement amount:
\[ SA_t = |I_t^X - I_{t}^{LP,X}| \left(\frac{L_t^E(|I_t^X - I_{t}^{LP,X}|)}{L_{t-1}^E(|I_t^X - I_{t}^{LP,X}|)} - 1\right). \tag{24} \]Остаточный риск: limited protection (put/call spread, не vanilla). Рычаги: более частый settlement; continuous margin \(C_t^X > \epsilon\) с liquidation ниже пола.
4.3. Local Price Formation
Два связанных venue (локальный DFMM и агрегированные внешние цены) требуют синхронизации. External information augmentирует internal data для адаптации local liquidity density function и incentivisation rebalancing flows.
Определение 26 (Rebalancing Premium). Разница цены актива между локальным и внешним рынком — теоретическая верхняя граница arbitrageable value для ребалансировки инвентаря. При \(I_{t}^{LP,X} = I_t^X\) arbitrageable value = 0 и \(L_t^{EX}(V_t^X) = L_t^{LX}(V_t^X)\). При дефиците/избытке инвентаря система incentivizes арбитраж в нужном направлении.
Определение 27 (Rebalancing Premium Function). \(R_t^X(V_t^X)\) определяет optimal arbitrageable value для возврата инвентаря к оптимуму без чрезмерного ущерба трейдерам и протоколу.
Трейдер обменивает \(V_t^X\) на \(V_t^Y\). Конвертация через ELDF:
\[ L_{bid,t}^E(V_t^X) = V_t^S. \tag{25} \]Rebalancing premium \(RP_t^X\) вычисляется как разность значений \(R^X\) между текущим и предыдущим состоянием open inventory (четыре комбинации знаков \(T_{t-1}^X\) и \(T_t^X\)):
\[ RP_t^X = \begin{cases} R_{RHS,t}^X(T_{t-1}^X) - R_{RHS,t}^X(T_t^X) & T_{t-1}^X \ge 0,\ T_t^X \ge 0 \\ R_{RHS,t}^X(T_{t-1}^X) - R_{LHS,t}^X(T_t^X) & T_{t-1}^X \ge 0,\ T_t^X \lt 0 \\ R_{LHS,t}^X(T_{t-1}^X) - R_{RHS,t}^X(T_t^X) & T_{t-1}^X \lt 0,\ T_t^X \gt 0 \\ R_{LHS,t}^X(T_{t-1}^X) - R_{LHS,t}^X(T_t^X) & T_{t-1}^X \lt 0,\ T_t^X \le 0 \end{cases} \tag{27} \]Аналогично для актива \(Y\) с \(T_t^{X\prime} = T_{t-1}^X - V_t^S\), \(T_t^{Y\prime} = T_{t-1}^Y + V_t^S\). Поскольку \(R_t^X\) возрастает, сделка, увеличивающая \(|T_t^X|\), даёт \(RP_t^X \gt 0\) (premium уходит в reserve \(RR_{RHS,t}^X + RP_t^X\) за счёт трейдера); сделка, уменьшающая \(|T_t^X|\), даёт \(RP_t^X \lt 0\) (premium выплачивается трейдеру из reserve).
Без rebalancing premium из \(L_{SX}\) снимается \(V_t^S\) USD; с premium суммы отличаются. \(T_t^X\) отражает open inventory в номинале USD:
- \(T_t^X > 0\): incentivize покупку \(\$S\) из \(L_{SX}\) (эквивалентно продажe \(X\) в \(L_X\));
- \(T_t^X \lt 0\): incentivize продажу \(\$S\) в \(L_{SX}\) (покупку \(X\));
- \(T_t^X = 0\): оптимальное состояние.
Аксиомы rebalancing premia function: (1) возрастающая выпуклая функция; (2) \(\lim_{|I_t^X - I_{t}^{LP,X}| \to \infty} f(x) \to \infty\).
\[ R_{RHS,t}^X(T_t^X) = T_t^X(T_t^X + A_{RHS,t}^X) \times D_{RHS,t}^X \quad \forall T_t^X \ge 0 \] \[ R_{LHS,t}^X(T_t^X) = -T_t^X(-T_t^X + A_{LHS,t}^X) \times D_{LHS,t}^X \quad \forall T_t^X \lt 0 \tag{26} \]\(A_{RHS}\), \(A_{LHS}\) — aggressiveness parameters (аукцион); \(D\) — premium discount при derivative protection. Rebalancing premium \(RP_t^X\) — разность значений \(R^X\) между epoch (уравн. 27). Incorporation в номинал:
\[ V_t^{S\prime} = V_t^S + RP_t^X + \theta_t \times V_t^S, \tag{28} \]Для двустороннего обмена \(X\) и \(Y\):
\[ V_t^{S\prime} = V_t^S + RP_t^X + RP_t^Y + \theta_t \times V_t^S, \tag{29} \]где \(\theta_t\) — AMM fee. Решение для \(V_t^{S\prime}\) требует классификации интервалов \(T_{t-1}^X\), \(T_t^X\), \(T_{t-1}^Y\), \(T_t^Y\) по знаку и величине относительно reserve rebalancing premium. Ниже — Algorithm 1 в полной логике оригинала (ветвление по 4 основным случаям и подслучаям).
Algorithm 1. Rebalancing premium adjusted price.
Вход: T^X_{t−1}, T^Y_{t−1}, V^S_t, F_t (комиссия), функции R^X_{RHS}, R^X_{LHS}, R^Y_{RHS}, R^Y_{LHS}.
1: if T^X_{t−1} ≥ 0 and T^Y_{t−1} ≤ 0 then
2: V^{S′} − R^X_{RHS}(T^X_{t−1}) + R^X_{RHS}(T^X_t) − R^Y_{LHS}(T^Y_{t−1}) + R^Y_{LHS}(T^Y_t) + F_t·V^S_t = V^S_t
3: solve for V^{S′}
4: elif T^X_{t−1} ≥ 0 and T^Y_{t−1} > 0 then
5: if T^Y_{t−1} − RR^Y_{RHS}(T^Y_{t−1}) + R^X_{RHS}(T^X_{t−1}+T^Y_{t−1}) + F_t·V^S_t > V^S_t then …
6: elif … < V^S_t then …
7: else V^{S′} = T^Y_{t−1}
8: elif T^X_{t−1} < 0 and T^Y_{t−1} ≤ 0 then … (симметричные ветви LHS/RHS)
9: else
10: if |T^X_{t−1}| ≥ |T^Y_{t−1}| then … (6 подветвей по сравнению с V^S_t и reserve)
11: else … (симметрично для доминирования T^Y)
50: return V^{S′}
После V^{S′}: конвертировать в V^Y_t; обновить T^X_t, T^Y_t.
Обратный обмен (Y→X): заменить X↔Y в Algorithm 1.
Методология и accounting asset устраняют необходимость прямого pairing liquidity pools друг с другом — маршрутизация идёт через synthetic \(\$S\) pools.
Определение 28 (Responsiveness Function). Регулирует размер margin accounts и спрос арбитражёров/sLP на risk premia, mapping inputs → total rebalancing premium.
4.4.1. Rebalancing Premium Auction
DFMM использует (reverse) Dutch auctions — Rebalancing Premium Auctions (RPA) — для оптимизации rebalancing premium и снижения асинхронности локального и внешнего рынков. Арбитражёры — competing sellers услуги ребалансировки; протокол — buyer; bid price — available rebalancing premium.
Определение 29 (Utilisation Rate). UR — отношение open inventory к максимально поддерживаемой open inventory:
\[ URHS_t^X = \frac{I_{t}^{LP,X} - I_t^X}{\min\{I_{t}^{LP,X}\varrho_{short}^X,\ C_{short,t}^X\}}, \quad ULHS_t^X = \frac{I_t^X - I_{t}^{LP,X}}{C_{long,t}^X / \varrho_{long}^X}. \tag{31} \]
Уровни utilisation: \(\vartheta \le \vartheta^* \le \vartheta^\dagger\). Интервал \([0,\vartheta]\) — optimum: аукцион не запускается. Вне его — probing оптимальности rebalancing function.
Определение 30–31 (Rebalancing Time / Target). \(T\) — число epoch до возврата инвентаря к оптимальному UR. Targets \(J^*\), \(J'\), \(J^\dagger\) для интервалов \([\vartheta,\vartheta^*)\), \([\vartheta^*,\vartheta^\dagger)\), \([\vartheta^\dagger,1]\) (уравн. 32–33). Оптимизация:
\[ \min A_{RHS,t}^X \quad \text{s.t.} \quad J_{RHS,t}^X \ge T_t^X. \]При невыполнении target — итеративное увеличение \(A_{RHS}^X\) на \(\Lambda\); при слишком быстром ребалансе — уменьшение (уравн. 34). Upper bound — Treasury Reserve \(TR_t\) (раздел 4.5).
Algorithm 2. Arbitrageable value auction.
1: A^X_{RHS,0} ← A_{RHS}; A^X_{LHS,0} ← A_{LHS}; задать A^X_{min}.
4: if T^X_t > 0 then
5: if J_{RHS,t} > T^X_t then
6: if A^X_{RHS,t−1} − Λ ≥ A^X_{min}: A^X_{RHS,t} ← A^X_{RHS,t−1} − Λ
7: else: A^X_{RHS,t} ← A^X_{min}
10: elif J_{RHS,t} < T^X_t then
11: A′_{RHS,t} ← A^X_{RHS,t−1} + Λ
12: if T^X_t·(T^X_t + A′_{RHS,t})·D_{RHS,t} − T^X_t·(T^X_t + A^X_{RHS,t−1})·D_{RHS,t} ≤ TR_t
13: A^X_{RHS,t} ← A′_{RHS,t}
14: else: A^X_{RHS,t} ← (TR_t + T^X_t·(T^X_t + A′_{RHS,t})·D_{RHS,t} − T^X_t·D_{RHS,t−1}) / (T^X_t·D_{RHS,t})
16: return A^X_{RHS,t}
18: if T^X_t < 0 then … (симметрично для LHS и A^X_{LHS,t})
31: if T^X_t = 0 then pass
4.4.2. Дополнительный стимул sLP
sLP cover coefficient \(D_t^X\) связывает utilisation rate и aggregate rebalancing premium:
\[ D_{RHS,t}^X = (D_{RHS,\max} - D_{RHS,\min}) \times \left(\frac{URHS_t^X}{URHS_{\max}}\right)^k + D_{RHS,\min}. \tag{35} \]Positive rebalancing premium — cost для sLP (списывается с collateral); negative premium — reward (зачисляется на collateral). Net-net payable/receivable sLP:
\[ R_{RHS,t}^X(T_{t-1}^X) - RR_{RHS,t}^X(T_t^X). \]Withdrawal collateral в период высокой utilisation повышает UR и \(D\), увеличивая aggregate rebalancing premium; deposit — обратный эффект.
4.5. Protocol P&L
Arbitrageable value — protocol-driven cost, который должен быть sustainable.
Сценарий 1. \(A_{t-1}^X = A_t^X\), но \(|T_{t-1}^X| \lt |T_t^X|\): сделки, увеличивающие дисбаланс, исполняются хуже внешней ELDF-цены → revenue протокола (рост rebalancing premium reserve); при ребалансировке premium распределяется арбитражёру/трейдеру — cost протокола; в сумме net zero.
Сценарий 2. \(A_{t-1}^X \ne A_t^X\) после RPA → divergence \(\Upsilon_t^X = R_t^{X,A_{t-1}}(T_t^X) - R_t^{X,A_t}(T_t^X)\). Reverse Dutch (\(A_{t-1} \lt A_t\)): \(\Upsilon \gt 0\) — cost протокола; Dutch auction — revenue. Для покрытия вводится rebalancing fee \(\Xi_t^X = V_t^X \times \xi_t\), \(0 \le \xi_t \lt \theta_t\).
Определение 32 (Treasury Reserve). \(TR_t^X\) — максимальные резервы для auction-based изменений rebalancing premium при cost ≤ revenue:
\[ TR_t = \sum_{i=1}^{m}\sum_{n=0}^{t} \Xi_n^i - \sum_{i=1}^{m}\sum_{n=0}^{t} \Upsilon_n^i. \tag{39} \]4.5.1. Reward Distribution
AMM fee \(\theta_t\) в \(\$S\) распределяется между pLP и sLP (\(\theta_{pLP,t}^X\), \(\theta_{sLP,t}^X\)):
\[ Reward_t^X = V_t^X \times (\theta_t - \xi_t), \tag{40} \] \[ \theta_t - \xi_t = \theta_{pLP,t}^X + \theta_{sLP,short,t}^X + \theta_{sLP,long,t}^X. \tag{41} \]Теорема 1. Ask-side capital efficiency максимизируется при
\[ \frac{C_{short,t}^X}{\varrho_{short,t}^X} = I_t^X. \tag{42} \]Доказательство (от противного, теорема 1): пусть capital efficiency достигнута при нарушении (42). Если \(C_{short,t}^X / \varrho_{short,t}^X \lt I_t^X\), максимальный торгуемый объём ограничен \(C_{short,t}^X / \varrho_{short,t}^X\); часть \(I_t^X - C_{short,t}^X/\varrho_{short,t}^X\) пула не может быть куплена из-за недостатка derivative protection. Если \(C_{short,t}^X / \varrho_{short,t}^X \gt I_t^X\), защита избыточна, но трейдеры не могут купить больше \(I_t^X\) — актива нет в пуле. В обоих случаях residual value в пулах или vaults не повышает capital efficiency; рост дисбаланса между пулом и защитой ухудшает efficiency. Следовательно, оптимум при (42). Bid-side: пользователи продают (деponируют) ликвидность; при достаточной derivative protection продажа в систему и synthetic покупка accounting asset возможны.
\[ I_t^X = \frac{C_{long,t}^X}{\varrho_{long,t}^X} = \frac{C_{short,t}^X}{\varrho_{short,t}^X}. \tag{44} \]DFMM ищет equilibrium price, uniformly incentivising available protection и размер LP pools для balanced volume в любом направлении на каждом epoch. Максимальные объёмы в начале epoch \(e\):
\[ V_{max,t}^{X,bid} = \frac{C_{long,e}^X}{\varrho_{long,e}^X}, \quad V_{max,t}^{X,ask} = \min\left(I_e^X,\ \frac{C_{short,e}^X}{\varrho_{short,e}^X}\right). \tag{45–46} \]
Algorithm 3 распределяет \(\theta_t - \xi_t\) между pLP и sLP (long/short) по target-доле 0.33 для каждой категории. Пусть \(B = I_t^X + C_{long}/\varrho_{long} + C_{short}/\varrho_{short}\), \(\Delta I = I^* - I\) — отклонение от equilibrium inventory.
Algorithm 3. Reward distribution.
1: θ^X_{LP} ← 0.33 × (θ_0 − ψ_0^X)
3: 0 ≤ K ≤ 1 — governance constant
4: B ← I^X_t + C^L/ϱ^L + C^S/ϱ^S; ∆I ← I − I*
7: Equilibrium: I^X_t + C^L/ϱ^L = C^S/ϱ^S ± ∆I
9: if I^X_t/B = 0.33 then
10: if (C^S/ϱ^S − α∆I)/B = 0.33 and (C^L/ϱ^L − α∆I)/B = 0.33
11: R_{sLPL} ← R_{sLPS} ← R_{pLP} ← 0.33
12: elif (C^S/ϱ^S − α∆I)/B > 0.33: pay γ from R_{sLPL} to R_{sLPS}
14: else: pay γ from R_{sLPS} to R_{sLPL}
19: elif I^X_t/B > 0.33: pLPs pay fee γ to sLPs
29: else: pLPs receive fee γ from sLPs (with subcases for R_{sLPL}, R_{sLPS} vs 0.33 ± γ/2)
Поскольку fees двух агентов суммируются в available reward, зная одну долю, можно вычислить остальные.
5. Заключение
Мы представили Dynamic Function Market Maker (DFMM), призванный устранить значимые пробелы в digital finance и раскрыть потенциал DeFi. Вклад включает механизмы агрегации внутренних и внешних цен, инновационный order routing protocol, защиту LP через sophisticated agents и rebalancing mechanism, а также распределение rewards между stakeholders. В следующей версии — результаты comprehensive simulation и stress tests, а также guidance для sLP по ценообразованию digital swaptions.
Литература
- [1] 1inch. 1inch. https://app.1inch.io, 2022.
- [2] H. Adams, N. Zinsmeister, M. Salem, R. Keefer, D. Robinson. Uniswap v3 core, 2021.
- [3] G. Angeris et al. Constant function market makers: Multi-asset trades via convex optimization. arXiv:2107.12484, 2021.
- [4] G. Angeris, T. Chitra. Improved price oracles: Constant function market makers. ACM AFT, 2020.
- [5] G. Angeris, A. Evans, T. Chitra. When does the tail wag the dog? arXiv:2012.08040, 2020.
- [6] G. Angeris et al. Optimal routing for constant function market makers. ACM EC, 2022.
- [7] E. Bacry et al. Market impacts and the life cycle of investors orders. Market Microstructure and Liquidity, 2015.
- [8] Curve. https://curve.fi/, 2022.
- [9] V. Danos, H. El Khalloufi, J. Prat. Global order routing on exchange networks. FC, 2021.
- [10] D. Engel, M. Herlihy. Composing networks of automated market makers. ACM AFT, 2021.
- [11] A. Evans. Liquidity provider returns in geometric mean markets. arXiv:2006.08806, 2020.
- [12] OpenOcean Finance. https://openocean.finance/, 2022.
- [13] K. Froot, M. Kim, K. Rogoff. The law of one price over 700 years, 1995.
- [14] R. Hanson. Combinatorial information market design. Information Systems Frontiers, 2003.
- [15] R. Hanson. Logarithmic market scoring rules. Journal of Prediction Markets, 2007.
- [16] L. Heimbach, Y. Wang, R. Wattenhofer. Behavior of liquidity providers in DEX. arXiv:2105.13822, 2021.
- [17] J. Rude Jensen et al. Homogenous properties of AMM. arXiv:2105.02782, 2021.
- [18] B. Krishnamachari, Q. Feng, E. Grippo. Dynamic automated market makers. IEEE ICBC, 2021.
- [19] F. Martinelli, N. Mushegian. Balancer Finance whitepaper, 2022.
- [20] K. McCormick. Origin of rational utility maximization hypothesis. Eastern Economic Journal, 1997.
- [21] V. Mohan. Automated market makers and DEX: a DeFi primer. Financial Innovation, 2022.
- [22] A. Niemerg, D. Robinson, L. Livnev. Yieldspace, 2020.
- [23] Paraswap. https://www.paraswap.io/, 2022.
- [24] A. Park. Conceptual flaws of constant product AMM. SSRN 3805750, 2021.
- [25] C. Rasmussen. Gaussian processes in machine learning. Springer, 2003.
- [26] S. Roberts et al. Gaussian processes for time-series modelling. Phil. Trans. R. Soc. A, 2013.
- [27] C. Slamka, B. Skiera, M. Spann. Prediction market performance and liquidity. IEEE TEM, 2012.
- [28] Sushi Swap, 2022.
- [29] Y. Wang. Automated market makers for DeFi. arXiv:2009.01676, 2020.
- [30] Z. Wang et al. Speculative multipliers on DeFi. FC 2022.
Оригинал статьи: Abgaryan, A., Sharma, U., «Dynamic Function Market Maker (DFMM)», arXiv:2307.13624 · лицензия arXiv nonexclusive-distrib 1.0