CLMM 数学 - Raydium Docs

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Sqrt-price 表示

CLMM 将价格存储为 sqrt_price_x64——token1 相对于 token0 的价格的平方根，采用 Q64.64 定点数格式：

\text{sqrt\_price\_x64} = \lfloor \sqrt{p} \cdot 2^{64} \rfloor

其中 p = token1_amount / token0_amount。在 sqrt 空间而非 p 空间中工作使得交换数学线性化（代币数量增量相对于 Δsqrt_price 是线性的），而 x64 定点格式在多 tick 交换过程中保持精度。 Tick ↔ sqrt-price 转换通过 bit-by-bit 对数近似预计算：

\text{sqrt\_price\_x64}(t) \approx 2^{64} \cdot (1.0001)^{t/2}

在 tick_math::get_sqrt_price_at_tick 中实现为基于查表的指数运算。

流动性作为规范单位

在范围 [sqrt_a, sqrt_b]（其中 sqrt_a < sqrt_b）内，流动性 L 的头寸对应的代币数量如下。设 sqrt_c = sqrt_price_x64 为池当前价格。

情况	`amount0`	`amount1`
`sqrt_c <= sqrt_a`（池价格低于范围）	`L · (sqrt_b - sqrt_a) / (sqrt_a · sqrt_b)`	`0`
`sqrt_a < sqrt_c < sqrt_b`（在范围内）	`L · (sqrt_b - sqrt_c) / (sqrt_c · sqrt_b)`	`L · (sqrt_c - sqrt_a)`
`sqrt_c >= sqrt_b`（池价格高于范围）	`0`	`L · (sqrt_b - sqrt_a)`

这三个恒等式都来自于集中流动性在某个范围内满足的不变量 x = L / sqrt_p、y = L · sqrt_p。集成者通常需要反向计算：给定 amount0 / amount1 的存款，计算能放入该范围的最大 L。SDK 的 LiquidityMath.getLiquidityFromTokenAmounts 就是做这个的。在范围内情况下的公式为：

L_0 = \text{amount0} \cdot \frac{\text{sqrt\_c} \cdot \text{sqrt\_b}}{\text{sqrt\_b} - \text{sqrt\_c}}, \qquad L_1 = \frac{\text{amount1}}{\text{sqrt\_c} - \text{sqrt\_a}}, \qquad L = \min(L_0, L_1)

哪一边受限决定了实际消耗的比例；另一边可能有剩余。

单个 tick 交换步骤

交换以步骤进行。每个步骤要么 (a) 在当前 tick 范围内消耗所有可用输入而不跨越 tick，要么 (b) 将价格精确移动到下一个已初始化的 tick。给定当前状态 (sqrt_c, L) 和向上的交换（token0 输入、token1 输出、sqrt_price 上升），到下一个已初始化 tick 的距离为 sqrt_t。在这个微小间隔内，输入与价格之间的关系为：

\Delta\text{amount0} = L \cdot \left( \frac{1}{\text{sqrt\_c}} - \frac{1}{\text{sqrt\_t}} \right) = \frac{L \cdot (\text{sqrt\_t} - \text{sqrt\_c})}{\text{sqrt\_c} \cdot \text{sqrt\_t}}

和

\Delta\text{amount1} = L \cdot (\text{sqrt\_t} - \text{sqrt\_c})

程序执行以下两个操作之一：

整个输入能否放下？ 如果剩余输入（扣除费用后）小于到达 sqrt_t 所需的 Δamount0，则精确求解新的 sqrt_c'： $\text{sqrt\_c}' = \frac{L \cdot \text{sqrt\_c}}{L + \Delta\text{input} \cdot \text{sqrt\_c}}$ （对于精确输入的 token0 → token1 交换）。交换在此步骤完成，不跨越 tick。
输入超过 Δamount0？ 设置 sqrt_c' = sqrt_t，跨越 tick（应用 liquidity_net），将剩余输入减少 Δamount0，将输出增加 Δamount1，然后重复。

对于相反方向（token1 → token0、价格下降），公式中 sqrt_c 和 sqrt_t 交换，另一处进行反演。完整的 Rust 实现位于 raydium-clmm/programs/amm/src/libraries/swap_math.rs。该处的逻辑与 Uniswap v3 的 SwapMath.computeSwapStep 一一对应。

每个步骤的费用

交易费从输入金额扣除，与 CPMM 的约定相同：

step_fee_amount  = ceil(step_input * trade_fee_rate / 1_000_000)
step_net_input   = step_input - step_fee_amount
protocol_portion = floor(step_fee_amount * protocol_fee_rate / 1_000_000)
fund_portion     = floor(step_fee_amount * fund_fee_rate     / 1_000_000)
lp_portion       = step_fee_amount - protocol_portion - fund_portion

LP 部分按当前在范围内的流动性比例分配，通过更新全局费用增长累加器：

\text{fee\_growth\_global}_{\text{in}} \mathrel{+}= \text{lp\_portion} \cdot \frac{2^{64}}{L}

——即，它以每单位流动性的费用表示，Q64.64 格式，因此一个在此交换过程中保持在范围内、大小为 L_i 的头寸以后会读回 L_i · Δfee_growth_global / 2^{64} 欠款代币。协议和基金部分分别累加到 PoolState.protocol_fees_token_{0,1} 和 PoolState.fund_fees_token_{0,1}，与 CPMM 相同。它们由 CollectProtocolFee / CollectFundFee 扫除。

范围外和范围内的费用增长

CLMM 费用会计的难点在于：头寸只有在池价格在其范围内时才能获得费用。池跟踪全局累积费用；头寸需要知道在其特定范围内时的累积费用。解决方案是基于 tick 的累加器。每个 tick 存储：

fee_growth_outside_0_x64
fee_growth_outside_1_x64

在 tick 初始化时：

如果池的价格高于该 tick（tick_current >= this_tick），则 fee_growth_outside = fee_growth_global。（到目前为止赚取的所有内容相对于当前价格都是”范围外”——即在该 tick 下方。）
否则 fee_growth_outside = 0。

当价格跨越一个 tick 时，程序翻转该 tick 的 fee_growth_outside：

\text{fee\_growth\_outside} \gets \text{fee\_growth\_global} - \text{fee\_growth\_outside}

这个不变量保证了：对于任何 tick t，fee_growth_outside(t) 等于当 tick_current 在 t 的对侧时累积的费用。 范围 [tick_lower, tick_upper] 内的费用增长然后派生为：

if tick_current >= tick_upper:
    fee_growth_below = fee_growth_outside(tick_lower)
    fee_growth_above = fee_growth_global - fee_growth_outside(tick_upper)
elif tick_current >= tick_lower:
    fee_growth_below = fee_growth_outside(tick_lower)
    fee_growth_above = fee_growth_outside(tick_upper)
else:
    fee_growth_below = fee_growth_global - fee_growth_outside(tick_lower)
    fee_growth_above = fee_growth_outside(tick_upper)

fee_growth_inside = fee_growth_global - fee_growth_below - fee_growth_above

这是 Uniswap-v3 的费用增长公式，未做改动。

头寸存储的内容及其读取方式

PersonalPositionState 存储 fee_growth_inside_0_last_x64 和 fee_growth_inside_1_last_x64：上次触及头寸时的 fee_growth_inside 值。在任何后续触及（增加、减少、收集）时，程序：

使用上述公式计算当前的 fee_growth_inside_{0,1}_x64。
计算 Δ = fee_growth_inside_now − fee_growth_inside_last（u128 上的模运算）。
向 tokens_fees_owed_{0,1} 加上 Δ × position.liquidity / 2^{64}。
将 fee_growth_inside_last 更新为新值。

代币实际只在 CollectFees / DecreaseLiquidity 时从金库中移出，针对 tokens_fees_owed。

奖励

池最多 3 个奖励流中的每一个都使用相同的增长内机制，在其自己的 reward_growth_global_x64 累加器中。在发放时：

\text{reward\_growth\_global} \mathrel{+}= \text{emission\_per\_second} \cdot \Delta t \cdot \frac{2^{64}}{L}

——排放量与活跃流动性成反比，因此密集池中的每个头寸每秒支付的比例更低，但总位置数更多。每个头寸欠的奖励为

\text{reward\_owed} = (\text{reward\_growth\_inside}_{\text{now}} - \text{reward\_growth\_inside}_{\text{last}}) \cdot L / 2^{64}

并通过 CollectReward 领取。见 products/clmm/fees。

工作示例：精确输入交换

假设：

tick_spacing = 60
sqrt_price_x64 = 1 × 2^{64}——价格 = 1.0，所以 tick_current = 0。
活跃流动性 L = 1_000_000 × 2^{64}。
上方下一个已初始化 tick：t = 60（sqrt_price_b ≈ 1.003004 × 2^{64}）。
交易费率：500（0.05%）。

用户：SwapBaseInput 精确输入 1,000 token0。步骤 1——费用：

trade_fee       = ceil(1000 * 500 / 1_000_000)  = 1
step_net_input  = 999

步骤 2——999 是否适合当前 tick 范围内？

到下一个 tick 的 Δ（amount0）：
  L · (sqrt_t - sqrt_c) / (sqrt_c * sqrt_t)
  ≈ 1_000_000 · (1.003004 − 1) / (1 · 1.003004)
  ≈ 2995.5 token0

999 < 2995.5，所以整个输入适合而无需跨越 tick。步骤 3——新价格：

sqrt_c' = L · sqrt_c / (L + Δin · sqrt_c)
        = 1_000_000 · 1 / (1_000_000 + 999 · 1)
        ≈ 0.999001

即 sqrt_c' 略低于 sqrt_c。请注意，上述公式是针对 token1 → token0 交换的。这里的例子是 token0 → token1，它驱动价格上升而不是下降——所以我们使用 token0 输入对应的形式：

sqrt_c' = sqrt_c + Δin / L
        = 1 + 999 / 1_000_000
        = 1.000999

（这符合 token0 → token1 交换的预期交换方向：sqrt_c 随价格上升。）步骤 4——输出数量：

Δout token1 = L · (sqrt_c' − sqrt_c)
            = 1_000_000 · 0.000999
            = 999.00

考虑舍入后，用户收到约 999 token1。费用（1 token0）按 trade_fee_rate × protocol_fee_rate / 1e6（基金也类似）在 LP、协议和基金之间分割；LP 部分流入 fee_growth_global_0_x64。

交换过程中的限价单匹配

当交换步骤跨越持有未平仓限价单的 tick 时，这些订单在 LP 曲线之前以该 tick 的精确价格消耗交换输入。在该 tick 内按 order_phase 队列 FIFO 匹配。

`TickState` 上的每队列状态

order_phase                  : u64    单调递增的队列 id
orders_amount                : u64    当前（最新）队列中输入代币总额
part_filled_orders_remaining : u64    交换当前填充的队列剩余输入
unfilled_ratio_x64           : u128   部分填充队列的 Q64.64 填充比率

两队列布局的存在是因为新订单可能在较旧队列仍在被填充时在 tick 上开设。新开设的订单加入 orders_amount 并继承下一个 order_phase；它们直到前一队列完全消耗才能填充。

匹配步骤

在交换期间每个 tick 交叉处发生的匹配的伪代码：

fn match_limit_orders_at_tick(tick, swap_input_remaining, sqrt_p):
    # 1. 首先尝试填充部分填充的队列。
    if tick.part_filled_orders_remaining > 0:
        consume = min(tick.part_filled_orders_remaining, swap_input_remaining)
        # 更新该队列的未填充比率。
        tick.unfilled_ratio_x64 *= (1 - consume / tick.part_filled_orders_remaining)
        tick.part_filled_orders_remaining -= consume
        swap_input_remaining -= consume
        if tick.part_filled_orders_remaining == 0:
            tick.unfilled_ratio_x64 = 0
        if swap_input_remaining == 0: return

    # 2. 提升活跃队列。
    if tick.orders_amount > 0:
        tick.part_filled_orders_remaining = tick.orders_amount
        tick.orders_amount = 0
        tick.order_phase += 1
        tick.unfilled_ratio_x64 = ONE_X64
        # 用新提升的队列递归。
        return match_limit_orders_at_tick(tick, swap_input_remaining, sqrt_p)

    return  # tick 没有更多限价单

流向限价单拥有者的输出代币在每个交换时不转移。它们虚拟存放在池的输出金库中，直到订单拥有者调用 SettleLimitOrder（或 DecreaseLimitOrder）。池仅通过 unfilled_ratio_x64 跟踪队列现在有多少被填充。每个 LimitOrderState 在开设时存储其自己的 (order_phase, unfilled_ratio_x64) 快照，因此结算可简化为：

filled_amount  = total_amount × (1 − tick_now.unfilled_ratio_x64 / order.unfilled_ratio_x64)
                if tick_now.order_phase > order.order_phase
                else 0
output_amount  = price_at(tick_index) × filled_amount   # 根据方向调整

这个 O(1) 结算是整个队列设计的意义——一个 tick 可以填充任意数量的订单而不产生每个订单的 gas。

与 LP 曲线的交互

在交换步骤中，限价单匹配发生在 tick（零 Δsqrt_price）；LP 曲线消耗发生在 tick 之间。因此顺序为：

跨越 tick t_cross（首先应用 LP liquidity_net 变化，因为这是 Uniswap-V3 的做法）。
填充坐在 t_cross 的任何限价单。
沿 LP 曲线继续到下一个已初始化 tick 或 swap_input 耗尽。

因此限价单给交易者在恰好订单 tick 价格处的更多有效流动性（一个价格改进效果），代价是 LP 在该部分交换量上不赚取费用——交易的限价单部分对交换者是无费的，因为限价单下单者在充当造市商。动态费用增加（如果启用）仍适用于同一交换的 LP 部分。

动态费用派生

PoolState.dynamic_fee_info 携带波动率状态。每个交换步骤计算每步费率为：

\text{fee\_rate}_{\text{total}} = \text{trade\_fee\_rate}_{\text{config}} + \underbrace{\frac{\text{dynamic\_fee\_control} \cdot (\text{vol\_acc} \cdot \text{tick\_spacing})^2} {D_{\text{ctrl}} \cdot S_{\text{vol}}^2}}_{\text{动态增加}}

其中：

$D_{\text{ctrl}} = 100{,}000$ — DYNAMIC_FEE_CONTROL_DENOMINATOR
$S_{\text{vol}} = 10{,}000$ — VOLATILITY_ACCUMULATOR_SCALE
vol_acc 是更新规则后的每次交换累加器
tick_spacing 来自 PoolState.tick_spacing

结果被限制在

100{,}000 / 10^6 = 10\%

。

累加器更新

两个规则在每次交换中按顺序应用： 衰减。 参考底线根据自上次更新以来的时间衰减：

\text{vol\_ref} = \begin{cases} 0 & \text{if } \Delta t > \text{decay\_period} \\ \text{vol\_acc}_{\text{prev}} \cdot \dfrac{\text{reduction\_factor}}{10{,}000} & \text{if } \text{filter\_period} < \Delta t \le \text{decay\_period} \\ \text{vol\_ref}_{\text{prev}} & \text{if } \Delta t \le \text{filter\_period} \end{cases}

累积。 新累加器是参考加上自前一参考索引以来的 tick 距离：

\text{vol\_acc} = \min\left( \text{vol\_ref} + \left| t_{\text{ref}} - t_{\text{now}} \right| \cdot S_{\text{vol}}, \text{max\_vol\_acc} \right)

tick_spacing_index_reference（

t_{\text{ref}}

）以 tick 间距单位表示，而非原始 tick：

t_{\text{ref}} = \lfloor \text{tick\_current} / \text{tick\_spacing} \rfloor

。

为什么在 tick 距离上是抛物线

对累加器平方意味着费用随价格离其参考点走过距离的平方而上升。经验上这与随机游走压力下价格方差缩放相匹配：2× tick 偏移意味着 4× 隐含波动率，因此收费 4× 增加。dynamic_fee_control 参数校准绝对水平。 filter_period 窗口防止微小的次秒级振荡（例如 MEV 机器人夹击）充气累加器。decay_period 窗口防止单个过去的峰值在市场已平静后无限期收费。

数值稳健性

所有中间乘积通过 u128 或 u256 形状算术进行。CLMM 直接使用从 Uniswap v3 移植的 U128Sqrt 辅助工具和 FullMath::mulDiv 模式。
除法舍入按步选择以在本地强制不变量 k' ≥ k。SwapBaseInput 将输出向下舍入；SwapBaseOutput 将输入向上舍入。
Tick 交叉使 PoolState.liquidity 变为零被允许（价格可以遍历”流动性洞”）但交换仅推进到下一个已初始化 tick 而不消耗输入，不收费。
溢出防护：sqrt_price_x64 保持在包含范围 [MIN_SQRT_PRICE_X64, MAX_SQRT_PRICE_X64] 内，对应于 [MIN_TICK, MAX_TICK]。会推过任一边界的交换以 SqrtPriceLimitOverflow 还原。

接下来去哪里

products/clmm/ticks-and-positions 了解 tick 地图如何参与 walk。
products/clmm/fees 了解数学的费用/奖励方面的细节。
algorithms/clmm-math 了解 L = sqrt(x · y) 及范围 vs 流动性公式背后的推导。

资源：

raydium-io/raydium-clmm — libraries/swap_math.rs, libraries/tick_math.rs
“Uniswap v3 Core” 白皮书，§6–7

​Sqrt-price 表示

​流动性作为规范单位

​单个 tick 交换步骤

​每个步骤的费用

​范围外和范围内的费用增长

​头寸存储的内容及其读取方式

​奖励

​工作示例：精确输入交换

​交换过程中的限价单匹配

​TickState 上的每队列状态

​匹配步骤

​与 LP 曲线的交互

​动态费用派生

​累加器更新

​为什么在 tick 距离上是抛物线

​数值稳健性

​接下来去哪里

Sqrt-price 表示

流动性作为规范单位

单个 tick 交换步骤

每个步骤的费用

范围外和范围内的费用增长

头寸存储的内容及其读取方式

奖励

工作示例：精确输入交换

交换过程中的限价单匹配

`TickState` 上的每队列状态

匹配步骤

与 LP 曲线的交互

动态费用派生

累加器更新

为什么在 tick 距离上是抛物线

数值稳健性

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