Méthodologie d'évaluation DeFi : Revue des itérations d'Uniswap
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Méthodologie d'évaluation DeFi : Revue des itérations d'Uniswap
L'évolution d'Uniswap des versions V1 à V4, ainsi que le lancement du protocole UniswapX, suivent tous une logique interne fondée sur l'innovation fonctionnelle des DEX (AMM).
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRécemment, j’ai travaillé sur une synthèse des méthodes d’évaluation dans le domaine DeFi. Après avoir étudié plusieurs cas, il apparaît clairement que, qu’il s’agisse de l’influence ou de la logique d’itération, Uniswap constitue un exemple emblématique.
L’évolution d’Uniswap, depuis sa version V1 jusqu’à la V4, ainsi que le lancement du protocole UniswapX, reflètent tous une logique interne centrée sur l’innovation fonctionnelle et l’optimisation des mécanismes des DEX.
La V1 a introduit pour la première fois le modèle AMM dans le domaine cryptographique ; la V2 a réduit l’exposition au risque lié à l’ETH et lancé un oracle de prix plus résistant à la manipulation ; la V3 a amélioré l’efficacité du capital via la liquidité concentrée ; la V4 a permis la création de DEX hautement personnalisables ; quant au protocole UniswapX, il renforce la compétitivité des agrégateurs tiers grâce à un mécanisme d’enchères, optimisant ainsi le slippage des prix.
Histoire d’Uniswap
L’importance et l’influence d’Uniswap sont incontestables. Selon les données en temps réel de Dune, Uniswap reste à ce jour le DEX leader en parts de marché.
Bien que son existence ne soit pas très longue pour un DEX majeur, ses multiples itérations méritent d’être examinées :
Juin 2017 : Vitalik publie l’article « On Path Independence » ;
Novembre 2018 : lancement d’Uniswap V1, permettant les échanges entre ETH et jetons ERC-20 ;
Mars 2020 : sortie d’Uniswap V2, autorisant les échanges entre deux jetons ERC-20 quelconques ;
Mai 2021 : lancement d’Uniswap V3, augmentant l’efficacité du capital des fournisseurs de liquidité (LP) avec la notion de liquidité concentrée ;
Juin 2023 : sortie d’Uniswap V4, introduisant les contrats « Hooks » personnalisables pour éviter les fuites de valeur ;
Juillet 2023 : lancement d’Uniswap X, agrégeant la liquidité on-chain et off-chain tout en assurant une protection contre le MEV.
Uniswap V1 : la première tentative de market-making automatique
En 2017, Vitalik a publié sur son site personnel l’article « On Path Independence », introduisant pour la première fois dans le monde cryptographique le concept de market-maker automatisé (AMM), une méthode de trading différente des CEX. Bien sûr, ce type de mécanisme avait déjà été discuté dans les milieux financiers traditionnels.
On sait que sur les marchés boursiers, les marchés à terme ou sur les CEX existants, les transactions se font principalement via le modèle du carnet d’ordres (order book). Les teneurs de marché (market makers, comme les courtiers ou les exchanges centralisés) assurent la correspondance entre les ordres d’achat et de vente lorsque les prix coïncident, permettant ainsi aux acheteurs et vendeurs de conclure leurs transactions.
Cependant, dans un environnement décentralisé (DEX), où n’importe qui peut créer un marché, le modèle du carnet d’ordres peine à fournir suffisamment de liquidité. Le taux de réalisation des transactions et l’expérience utilisateur sont alors relativement médiocres, rendant difficile la concurrence avec l’efficacité opérationnelle des CEX.
Dans cet article, Vitalik introduit un concept novateur pour le marché cryptographique : le Market-Maker Automatisé (Automatic Market Maker). Dans ce modèle, la fixation des prix s’appuie sur un algorithme plutôt que sur un carnet d’ordres traditionnel.
Dans le modèle AMM, il n’est pas nécessaire d’avoir un teneur de marché proposant des prix ni un système de correspondance. Les traders peuvent directement utiliser la liquidité du pool pour échanger des actifs.
Le solde de TokenA et celui de TokenB entrent dans une relation de produit constant : tokenA_balance(p) * tokenB_balance(p) = K (K restant inchangé).
Il s’agit d’un système de trading piloté par la liquidité, appelé Market-Maker à Produit Constant (CPMM).
Ce modèle permet de définir une relation (monotone) quelconque entre TokenA et TokenB, et de calculer à tout moment son dérivé pour obtenir un prix, créant ainsi un teneur de marché indépendant du chemin suivi.
Trois parties prenantes : LP, traders, arbitragistes
Dans le mécanisme AMM, contrairement au modèle du carnet d’ordres, il n’y a pas de contrepartie spécifique. La valeur réelle des actifs est déterminée mathématiquement par la formule du produit constant. On peut assimiler la contrepartie à un contrat intelligent, permettant ainsi des échanges automatiques.
Des fournisseurs de liquidité (LP) doivent approvisionner le contrat intelligent. En déposant des actifs dans le pool, les LP alimentent la liquidité et perçoivent une part des frais de transaction.
Une fois le pool initial constitué, les traders peuvent échanger des jetons. Des arbitragistes interviennent alors activement pour maintenir la cohérence des prix entre différents marchés.
Dans Uniswap V1 (novembre 2018), tous les échanges passaient par l’ETH. Les transactions entre jetons ERC-20 s’effectuaient via l’ETH, qui servait donc d’intermédiaire de change.
Que se passe-t-il lorsqu’on effectue une transaction dans un seul pool ?
Supposons qu’un ETH vaille 100 TokenA, et qu’un pool ETH/TokenA contienne initialement 10 ETH et 1000 TokenA.
À ce stade, 10 ETH et 1000 TokenA ont une même valeur de 1000 dollars, leur rapport étant donc 1:1.
k = 10 * 1000 = 10 000. Ce produit reste constant tant qu’aucune nouvelle liquidité n’est ajoutée.
Si je vends maintenant 5 ETH dans le pool, on obtient :
y = 10 000 / (10 + 5) = 666,67. Le nombre d’ETH dans le pool passe à 15, et celui de TokenA à 666,67. J’obtiens donc 333,33 TokenA en échange de mes 5 ETH. Le prix d’un ETH devient alors 666,67 / 15 = 44,44 TokenA.
Bien sûr, si le prix dans le pool diverge fortement par rapport aux autres marchés, les arbitragistes interviennent immédiatement pour éliminer cette différence. L’AMM génère des prix de transaction, mais ne découvre pas le prix du marché : le rôle des arbitragistes est donc crucial.
Perte impermanente, LP Token, slippage
La perte impermanente survient lorsque le ratio des prix des jetons déposés change par rapport au moment du dépôt. Plus la variation est grande, plus la perte est importante.
Reprenons l’exemple en tant que fournisseur de liquidité (LP) :
Formule fondamentale d’Uniswap V1 : x∗y=k
Nous ajoutons initialement 10 ETH et 1000 TokenA au pool. À ce moment, 1 ETH = 100 TokenA. Le produit constant est 10*1000=10 000 (x*y=10 000, x=100y).
Si ensuite le prix d’un ETH monte à 200 TokenA, on calcule :
x*y=10 000, x=200y → x=7,071, y=1414,21.
Le pool passe donc de 10 ETH et 1000 TokenA à 7,071 ETH et 1414,21 TokenA.
Problème ?
Si je retire tous mes actifs maintenant, j’obtiens 7,071 ETH et 1414,21 TokenA, soit une valeur totale en TokenA de 7,071*200 + 1414,21 = 2828,41. Or, si j’avais gardé mes 10 ETH et 1000 TokenA, leur valeur serait aujourd’hui : 10*200 + 1000 = 3000 TokenA.
La différence (3000 - 2828,41 = 171,59 TokenA) représente la perte impermanente.
Cette perte provient du fait que, dans un AMM décentralisé, les fournisseurs de liquidité ajustent leurs positions en fonction des fluctuations de prix, entraînant une perte de capital et des opportunités manquées.
En effet, ils agissent simultanément comme acheteurs et vendeurs : quand le prix baisse, ils accumulent davantage d’actifs ; quand il monte, ils en vendent, ce qui cause des pertes.
Bien sûr, il est possible de se couvrir en prenant des positions courtes ou longues sur l’ETH.
Pour inciter les utilisateurs à devenir LP et à accepter la volatilité des prix, les LP Token ont été créés.
Ils récompensent les fournisseurs de liquidité en leur reversant une partie des frais de transaction (dans Uniswap V1, les traders paient 0,3 % de frais, intégralement versés aux LP). Ils servent aussi de justificatif pour retirer sa liquidité.
Un autre concept important est le slippage, bien connu des utilisateurs de DEX. L’AMM étant un système basé sur la liquidité, son élégante équation de produit constant forme une courbe lisse, où le prix évolue constamment selon l’offre et la demande.
Lorsqu’on échange une grande quantité de jetons, un slippage apparaît : il y a un écart entre le prix attendu et le prix réel obtenu. Autrement dit, le prix souhaité diffère du prix d’exécution.
Uniswap V2 : adaptation, oracles, flash loans
Uniswap V1 ne permettait que les échanges entre ERC-20 et ETH, utilisant l’ETH comme monnaie intermédiaire pour les échanges entre jetons ERC-20. Bien que simple, cela exposait les LP à des risques liés à l’ETH, à la perte impermanente et au slippage.
Uniswap V2 repose toujours sur le mécanisme CPMM, mais apporte des améliorations significatives : notamment la possibilité d’échanger deux jetons ERC-20 quelconques, sans passer par l’ETH.
Outre cette fonctionnalité, deux autres avancées majeures sont à souligner : l’amélioration de l’oracle de prix et l’introduction des flash loans.
Amélioration de l’oracle de prix (Price Oracle)
Dans Uniswap V1, le prix calculé par le ratio des réserves était vulnérable à la manipulation s’il était utilisé comme oracle de prix sur la chaîne.
L’un des objectifs de la V2 était donc d’augmenter le coût et la difficulté de manipulation des prix.
Dans V1, si un autre contrat utilisait le prix ETH-DAI pour régler un dérivé, un attaquant pouvait acheter de l’ETH dans le pool ETH-DAI à un prix artificiellement élevé, déclencher le règlement du contrat dérivé, puis revendre l’ETH pour revenir au prix réel. Cette attaque pouvait même être atomique ou orchestrée par un mineur contrôlant l’ordre des transactions.
Dans V2, pour mieux refléter l’équilibre du marché, le prix est mis à jour chaque bloc, et le prix d’échange est déterminé avant le prochain bloc, c’est-à-dire que le prix retenu est celui de la dernière transaction du bloc précédent.
Cette mise à jour introduit également un nouveau type de données : le prix moyen pondéré temporellement (TWAP). À chaque début de bloc, le rapport des prix entre les deux actifs est cumulé, permettant aux autres contrats Ethereum d’estimer le prix moyen sur n’importe quelle période.
Plus précisément, dans Uniswap V2, chaque interaction avec le contrat enregistre une somme cumulative des prix au début de chaque bloc. Chaque prix est pondéré par la durée écoulée depuis la dernière mise à jour, selon le timestamp du bloc. Ainsi, la valeur de l’accumulateur à tout instant correspond à la somme des prix spot par seconde depuis la création du contrat.
Les utilisateurs de l’oracle peuvent choisir librement la période d’observation. Manipuler le TWAP devient alors beaucoup plus coûteux, rendant le prix plus robuste face aux attaques.
Introduction des flash loans
Les flash loans représentent une innovation radicale par rapport à la finance traditionnelle, impossible dans le monde physique où les transactions ne sont pas réversibles.
V2 introduit les Flash Swaps : tout utilisateur peut emprunter des actifs du pool, les utiliser ailleurs sur la chaîne, et rembourser avec intérêts à la fin de la transaction (dans la même transaction atomique). Si le remboursement échoue, toute la transaction est annulée.
Cela permet à quiconque d’emprunter instantanément n’importe quel actif stocké dans les pools Uniswap. Dans V1, il fallait envoyer l’actif A au contrat avant d’obtenir l’actif B.
D’autres améliorations notables incluent : un nouveau cadre contractuel, l’utilisation d’un format binaire fixe pour encoder les prix (précision accrue), la mise à jour des frais du protocole, et la prise en charge des métatransactions pour les parts de pool créées.
Uniswap V3 : amélioration de l’efficacité du capital
Contexte : Uniswap V2 souffrait de problèmes de liquidité.
Comme expliqué précédemment, dans V1 et V2, la liquidité du pool est répartie sur l’intervalle [0, +∞]. Autrement dit, le pool autorise théoriquement toutes les transactions à n’importe quel prix (selon la courbe hyperbolique du CPMM).
Cela semble bénéfique — une large gamme de prix — mais en réalité, pour des paires à volatilité différente, la demande n’est pas uniformément répartie. Cela conduit à une sous-utilisation de la liquidité en dehors des zones de prix fréquentes, et donc à une faible efficacité du capital.
On comprend aisément que fournir de la liquidité loin de la zone de prix actuelle est inutile et gaspillateur : le prix pourrait ne jamais atteindre ce niveau.
Liquidité concentrée (concentrated liquidity)
Pour améliorer l’efficacité du capital, Uniswap V3 introduit le concept de liquidité concentrée. Ainsi :
Les fournisseurs de liquidité (LP) peuvent choisir librement d’apporter de la liquidité sur un intervalle de prix spécifique. Cela permet de concentrer la liquidité là où elle sera la plus efficace, et de configurer différemment les pools selon la volatilité des actifs.
Chaque petit intervalle de prix dans V3 fonctionne comme un mini-pool V2. Pendant les échanges, le prix évolue progressivement le long de la courbe. Quand il atteint une borne d’intervalle, il passe automatiquement au suivant.
En comprenant cela, on peut aborder un nouveau concept clé : les Ticks.
Les Ticks, ou unités minimales de variation de prix, représentent les incrémentations minimales possibles. Dans V3, l’intervalle [0, +∞] est divisé en une infinité de Ticks fins, permettant de limiter précisément les bornes de chaque intervalle.
Grâce à ce contrôle granulaire, tout l’espace des prix dans V3 est découpé en Ticks discrets et uniformément espacés. Chaque Tick porte un index et un prix associé, et dispose de sa propre profondeur de liquidité.
La base mathématique d’Uniswap V3 évolue légèrement par rapport à V2, bien qu’elle repose sur un principe similaire : L = √(xy).
L, appelé quantité de liquidité, représente une combinaison des deux actifs dans le pool. Le produit des quantités reste K, mais comme chaque Tick a une profondeur différente, les formules équivalentes varient selon la profondeur.
Nous n’approfondirons pas davantage les aspects mathématiques ici. Pour ceux intéressés, une étude technique d’Atis Elsts sur la mathématique de V3 est disponible.
Tandis que V2 appliquait un taux standard de 0,3 %, V3 propose trois niveaux de frais : 0,05 %, 0,3 % et 1 %. Les LP peuvent ainsi concentrer leur capital dans les intervalles les plus actifs pour maximiser leurs gains.
De plus, V3 améliore encore l’oracle de V2 : au lieu d’un seul accumulateur de prix, il en stocke désormais plusieurs, prolongeant la durée d’utilisation des données et réduisant les frais de gaz.
Uniswap V4 : un DEX personnalisable
Basé sur le modèle de liquidité concentrée de V3, Uniswap V4 permet à quiconque de déployer des pools personnalisés sur Uniswap, transformant ainsi la plateforme en un DEX hautement efficace et configurable.
Le cœur de V4 réside dans les contrats « Hooks ». L’objectif est de permettre à chacun d’introduire des « hooks » pour personnaliser les comportements du pool.
Pour chaque pool, le créateur peut définir un contrat « Hooks », exécutant des logiques spécifiques aux points clés du cycle de vie du pool. Ces hooks peuvent aussi gérer les frais d’échange et de retrait vers les LP.
Hooks et Pools personnalisés (Custom Pools)
Les Hooks sont des contrats développés par des tiers ou par l’équipe Uniswap. Lors de la création d’un pool, celui-ci peut choisir de s’associer à un hook. Ensuite, à certaines étapes critiques de la transaction, le pool invoque automatiquement le contrat hook lié.
Autrement dit, les hooks sont des contrats externes exécutant des logiques définies par les développeurs à des moments précis du cycle de vie du pool. Ils permettent de créer des pools de liquidité concentrée flexibles et hautement personnalisables, capables de modifier les paramètres ou d’ajouter de nouvelles fonctionnalités.
Chaque pool Uniswap a un cycle de vie : création du pool avec des frais par défaut, ajout/suppression de liquidité, réajustement, échanges de jetons, etc. Dans Uniswap V3, ces événements sont strictement couplés et exécutés dans un ordre rigide.
Mais pour permettre la personnalisation dans V4, les hooks offrent aux créateurs de pools une méthode d’intégration de code, leur permettant d’exécuter des actions spécifiques aux points clés du cycle — avant/après un échange, ou avant/après une modification de position LP.
En résumé, les hooks sont des modules complémentaires permettant de personnaliser les interactions entre pools, swaps, frais et positions LP. Grâce à eux, les développeurs peuvent innover au-dessus de la liquidité et de la sécurité du protocole Uniswap, en créant des pools AMM sur mesure via l’intégration de hooks avec les contrats intelligents de V4.
Parmi les fonctionnalités réalisables via des hooks :
Exécution progressive d’ordres volumineux via TWAMM ;
Ordres limites sur chaîne à un prix cible ;
Frais dynamiques ajustés à la volatilité ;
Mécanisme interne de redistribution du MEV aux LP ;
Oracles personnalisés (médiane, tronqués, etc.).
La logique centrale de V4 reste identique à celle de V3 : non mise à jour. Comme chaque pool est désormais défini non seulement par ses jetons et son niveau de frais, mais aussi par ses hooks, une grande diversité de pools devient possible. Bien que chaque pool puisse utiliser un contrat hook différent, les permissions de ces hooks sont fixées de manière déterministe lors de la création du pool.
V4 apporte aussi des changements architecturaux : Flash Accounting (comptabilité instantanée) réduit drastiquement les frais de gaz. Cette fonctionnalité, issue de l’EIP-1153, introduit un « stockage transitoire » et sera activée après la mise à jour Cancun d’Ethereum.
D’autres améliorations notables incluent : le mode singleton (état unique de tous les pools dans un seul contrat), la comptabilité instantanée (garantissant la solvabilité), le retour du support natif de l’ETH, la prise en charge des jetons ERC-1155, et l’ajout de mécanismes de gouvernance.
UniswapX : renforcement de la concurrence
UniswapX est un nouveau protocole open source (GPL), sans permission, basé sur des enchères, conçu pour les échanges croisés entre AMMs et autres sources de liquidité.
Ce protocole améliore les fonctionnalités d’échange sur plusieurs plans :
Meilleurs prix grâce à l’agrégation des liquidités ;
Échanges sans frais de gaz ;
Protection contre le MEV ;
Aucuns frais en cas d’échec de transaction ;
Dans les mois à venir, UniswapX s’étendra aux échanges sans gaz entre chaînes.
Next-level aggregation : l’agrégation de nouvelle génération
Contexte : l’innovation constante des transactions blockchain entraîne une explosion du nombre de pools de liquidité. De nouveaux niveaux de frais, des L2 et davantage de protocoles dispersent la liquidité.
Solution : UniswapX résout ce problème en externalisant la complexité du routage vers un réseau ouvert de tiers, qui doivent rivaliser entre eux pour remplir les ordres, en utilisant des pools AMM ou leurs propres stocks privés.
Grâce à UniswapX, les traders peuvent utiliser l’interface Uniswap sans se soucier d’obtenir le meilleur prix. Leurs transactions sont toujours enregistrées et réglées de façon transparente sur la chaîne. Tous les ordres sont pris en charge par le Smart Order Router d’Uniswap, forçant les tiers à concurrencer Uniswap V1, V2, V3, et désormais V4.
En substance, UniswapX renforce le mécanisme concurrentiel, optimisant ainsi le slippage via le choix stratégique des routeurs tiers.
De plus, UniswapX introduit de nouvelles innovations :
Transactions sans gaz, sans frais en cas d’échec. Le trader signe un ordre hors chaîne, que des tiers soumettent ensuite sur chaîne en payant les frais. Ces derniers intègrent les frais dans le prix de l’échange, mais peuvent réduire les coûts en regroupant plusieurs ordres.
Protection MEV : le MEV, normalement capturé par les arbitragistes, est retourné aux traders sous forme de meilleurs prix. UniswapX aide à éviter les formes explicites d’extraction de MEV : les ordres exécutés via des actifs privés ne peuvent pas subir d’attaque « sandwich ». Les routeurs sont incités à utiliser des relais de transactions privés.
La version cross-chain d’UniswapX, bientôt disponible, combinera échange et pont dans une seule opération fluide. Avec UniswapX cross-chain, les utilisateurs pourront échanger entre chaînes en quelques secondes. Suivons-en l’évolution.
La mélodie d’Uniswap : l’itération
L’évolution d’Uniswap, de la V1 à la V4, ainsi que le lancement du protocole UniswapX, illustrent tous une logique interne d’innovation fonctionnelle pour les DEX (AMM).
La V1 a initié l’AMM dans le monde cryptographique ; la V2 a réduit l’exposition au risque ETH et lancé un oracle de prix plus robuste ; la V3 a résolu le problème d’inefficacité du capital via la liquidité concentrée ; la V4 a permis la création de DEX personnalisables ; UniswapX, via un mécanisme d’enchères, renforce la compétitivité des agrégateurs tiers, optimisant ainsi le slippage des prix.
On voit que chaque étape d’Uniswap est une réinvention de soi-même : réduction des coûts, optimisation de l’expérience utilisateur, renforcement de la compétitivité, adoption des technologies émergentes. C’est cette capacité d’itération continue qui permet à un bon protocole de durer dans le temps.
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