摘 要：數(shù)據(jù)潛在的巨大價(jià)值已經(jīng)不斷被挖掘和使用，數(shù)據(jù)的流通又是數(shù)據(jù)價(jià)值體現(xiàn)的重要方式。然而，數(shù)據(jù)交易市場存在流動性不足的問題，阻礙了數(shù)據(jù)的流通和價(jià)值的進(jìn)一步開發(fā)。通過對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交易機(jī)制的分析，明確交易市場流動性差的根本問題。通過研究自動化做市商算法，根據(jù)數(shù)據(jù)的特殊性將數(shù)據(jù)NFT化，從而提出一種基于NFT-AMM的數(shù)據(jù)交易機(jī)制，促進(jìn)數(shù)據(jù)交易的流動性。最后，在以太坊智能合約平臺上，測試系統(tǒng)功能并分析和驗(yàn)證數(shù)據(jù)交易流動性實(shí)現(xiàn)基于NFT-AMM的數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)交易；區(qū)塊鏈；自動做市商；智能合約

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）17-0078-06

0 引 言

隨著新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)中隱藏的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值已被發(fā)現(xiàn)，交易產(chǎn)業(yè)也順應(yīng)時(shí)代產(chǎn)生。數(shù)據(jù)交易領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，隱藏在數(shù)據(jù)交易背后的問題也浮出水面。據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)要素市場研究團(tuán)隊(duì)在論壇上發(fā)布的《數(shù)據(jù)價(jià)值化與數(shù)據(jù)要素市場發(fā)展報(bào)告（2022年）》，我國數(shù)據(jù)流通交易仍以場外交易為主，2021年我國數(shù)據(jù)交易規(guī)模超500億元，其中以數(shù)據(jù)交易所/中心為主導(dǎo)的場內(nèi)交易占比僅2%，由企業(yè)等主導(dǎo)的場外交易占比98%[1]。數(shù)據(jù)交易不透明，流動性差的問題阻礙了數(shù)據(jù)市場的進(jìn)一步發(fā)展[2]。

區(qū)塊鏈技術(shù)為數(shù)據(jù)交易存在的問題提供了新的解決思路，基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)交易平臺研究有不少成熟應(yīng)用。Liu[3]等人提出一種新的基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)交易生態(tài)系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)交易雙方只能訪問數(shù)據(jù)分析結(jié)果，通過減少數(shù)據(jù)集與構(gòu)建安全模型，在以太坊和SGX上實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)交易模型。Hu[4]等人設(shè)計(jì)基于智能合約的價(jià)格談判模型設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交易系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)交易是基于智能合約的數(shù)據(jù)匹配、價(jià)格協(xié)商和獎勵(lì)分配來完成。Javed[5]等人設(shè)計(jì)了基于車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交易平臺，通過迭代的雙重拍賣機(jī)制，實(shí)現(xiàn)社會福利最大化。

在區(qū)塊鏈上搭建數(shù)據(jù)交易平臺為數(shù)據(jù)交易不透明，交易缺乏信任問題提供了實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方案。然而數(shù)據(jù)交易流動性差的問題沒有得到解決，該方向的研究也停留在理論與政策建議。本文針對數(shù)據(jù)交易流動性差與交易平臺不受信任的問題，提出一種基于非同質(zhì)化代幣（NFT）-自動做市商（AMM）的數(shù)據(jù)交易機(jī)制，能有效地提高數(shù)據(jù)交易市場的流動性。

1 交易機(jī)制分析

1.1 傳統(tǒng)交易機(jī)制

數(shù)據(jù)作為一種商品在數(shù)據(jù)交易市場上出售，數(shù)據(jù)交易機(jī)制是決定數(shù)據(jù)成功交易的關(guān)鍵。以貴陽大數(shù)據(jù)交易所為例，目前所采用的數(shù)據(jù)交易機(jī)制主要有線下撮合、線上結(jié)算模式，數(shù)據(jù)拍賣模式，訂閱模式，按需付費(fèi)模式，訂單匹配模式[6]，根據(jù)各種交易機(jī)制的交易特點(diǎn)對其流動性影響分析如表1所示。

1.2 AMM交易機(jī)制

自動做市商（AMM）是一種根據(jù)特定定價(jià)算法自動交易的交易模型，實(shí)現(xiàn)買賣價(jià)格的自動化[7]。在交易市場中，提供資產(chǎn)的人稱為流動性提供者（Liquidity Provider， LP），當(dāng)LP提供流動性后為資產(chǎn)設(shè)置價(jià)格，稱為做市商[8]。在AMM算法中，LP將資產(chǎn)按一定比例（一般是兩個(gè)資產(chǎn)）放入流動池（Liquidity Pool）中為交易提供流動性，交易者根據(jù)流動池實(shí)現(xiàn)交易。LP撤出流動性時(shí)，且流動池中沒有交易對時(shí)，交易無法完成。AMM不使用訂單交易，也無須交易對手。AMM的工作模式如圖1所示，流動性提供者添加流動性到流動性池中，這里的流動性指LP將資產(chǎn)A與B組成的A-B交易對。當(dāng)交易發(fā)生時(shí)，交易者實(shí)際在對流動池里的資產(chǎn)作交換，用資產(chǎn)A交易資產(chǎn)B或反向交易，當(dāng)流動性池有多個(gè)交易對時(shí)，交易者也可選擇不同的Pair（交易對）進(jìn)行交換。

CPMM作為最常用的AMM算法[9]，它是通過恒定乘積公式實(shí)現(xiàn)的交易中資產(chǎn)定價(jià)，適合于兩種資產(chǎn)之間的交易。假設(shè)恒定乘積為k，資產(chǎn)A與資產(chǎn)B分別為x與y，恒定乘積計(jì)算公式為：

k=x×y （1）

假設(shè)?x為買資產(chǎn)B投入的資產(chǎn)A的數(shù)量，β為交易費(fèi)，?y為換取資產(chǎn)B的數(shù)量。即當(dāng)x=?x+x時(shí)，?y推導(dǎo)公式為：

（2）

2 NFT-AMM模型理論

2.1 NFT模型理論

非同質(zhì)化代幣（NFT）由以太坊ERC721協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)提出，與同質(zhì)化代幣（FT）不同，它無法被細(xì)分，最小單位是1。NFT的出現(xiàn)解決了虛擬世界中所有權(quán)的問題，它定義了虛擬物品的產(chǎn)權(quán)，廣泛應(yīng)用于各自藝術(shù)創(chuàng)作品以及虛擬物品等[10]，NFT的交易市場也嶄露頭角。史雅莉[11]等人用NFT構(gòu)建了一種科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)管理模型，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與NFT結(jié)合的有效激勵(lì)數(shù)據(jù)共享機(jī)制。Kawu[12]基于NFT與水印技術(shù)構(gòu)造了一個(gè)數(shù)據(jù)交易市場，保障了數(shù)據(jù)交易的安全性與穩(wěn)定性。

2.2 NFT-AMM模型

NFT-AMM模型與同質(zhì)化代幣（FT）交易的AMM算法底層邏輯類似，與之不同的是，AMM算法是FT與FT的交易。NFT的AMM算法實(shí)現(xiàn)了NFT與FT的自動化交易。它由許多單獨(dú)的NFT流動性池（Pool）組成，每一個(gè)Pool由LP管理，實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。流動性池是由單個(gè)地址管理的合約，該地址持有一定數(shù)量的ETH和一定數(shù)量的NFT。它們交互的形式可以是僅限購買、僅限出售或兩者兼有詳細(xì)內(nèi)容如下：

1）僅限購買的流動性池中有ETH，并且隨時(shí)準(zhǔn)備提供報(bào)價(jià)使用ETH購買NFT。

2）僅向池中提供NFT，可隨時(shí)出售NFT，NFT報(bào)價(jià)根據(jù)Bonding Curve計(jì)算。

3）如果買賣雙方都啟用，流動池會為兩者提供報(bào)價(jià)。與池中進(jìn)行交易用ETH換取NFT，或者用NFT換取ETH。

流動性池中的報(bào)價(jià)由LP組建時(shí)指定的聯(lián)合曲線（bonding curve）決定，聯(lián)合曲線可以是恒定的（即始終引用相同價(jià)格）、線性的（價(jià)格隨買賣線性增加或減少）或指數(shù)（價(jià)格隨買賣增加或減少百分比）。聯(lián)合曲線是由智能合約與數(shù)學(xué)公式結(jié)合，是根據(jù)代幣的供應(yīng)動態(tài)調(diào)整價(jià)格的自動定價(jià)機(jī)制，它實(shí)現(xiàn)的原理與AMM算法底層原理一致，例如恒定聯(lián)合曲線與CPMM算法中恒定乘積對交易中資產(chǎn)定價(jià)計(jì)算公式相同。

以指數(shù)型聯(lián)合曲線在NFT-AMM模型中應(yīng)用為例，當(dāng)買入與賣出操作發(fā)生時(shí)，價(jià)格受聯(lián)合曲線影響發(fā)生變化。將新價(jià)格假設(shè)為p1，當(dāng)前價(jià)格假設(shè)為p，聯(lián)合曲線參數(shù)為d，交易NFT的數(shù)量為n。當(dāng)購買操作發(fā)生時(shí)，新價(jià)格p1計(jì)算式為：

（3）

當(dāng)賣出操作發(fā)生時(shí)，新價(jià)格p1計(jì)算式為：

（4）

在買賣發(fā)生時(shí)，輸出資產(chǎn)價(jià)值與輸入資產(chǎn)價(jià)值也發(fā)生了變化。這里假設(shè)輸出資產(chǎn)價(jià)值為v，買入賣出的協(xié)議費(fèi)用為f。當(dāng)購買操作發(fā)生時(shí)，輸出價(jià)值v計(jì)算式為：

（5）

同理，當(dāng)賣出操作發(fā)生時(shí)，假設(shè)輸出資產(chǎn)價(jià)值為o，輸出資產(chǎn)價(jià)值計(jì)算式為：

（6）

3 基于NFT-AMM模型的數(shù)據(jù)交易機(jī)制實(shí)現(xiàn)

模型實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)交易機(jī)制主要由數(shù)據(jù)注冊智能合約與數(shù)據(jù)交易智能合約組成，工作原理如圖3所示。在數(shù)據(jù)交易之前，需要將數(shù)據(jù)的源數(shù)據(jù)文件上傳至IPFS（星際文件系統(tǒng)），這是一種去中心的存儲系統(tǒng)，在NFT領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。上傳至IPFS的數(shù)據(jù)文件會生成專屬的CID，由CID與數(shù)據(jù)注冊智能合約交互，映射為源數(shù)據(jù)相對應(yīng)的NFT。NFT與測試ETH（這是以太坊測試網(wǎng)絡(luò)的測試幣）在數(shù)據(jù)交易智能合約中組建LP，為流動池提供流動性。交易者通過數(shù)據(jù)交易智能合約交易流動池中的資產(chǎn)。

3.1 數(shù)據(jù)注冊智能合約

數(shù)據(jù)注冊智能合約功能涉及數(shù)據(jù)上傳IPFS、創(chuàng)建NFT，其主要合約函數(shù)設(shè)計(jì)如表2所示。

3.2 數(shù)據(jù)交易智能合約

數(shù)據(jù)交易智能合約它由三部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖4所示。第一部分為Pair智能合約，這是NFT的流動池，它有唯一的流動性提供者（Liquidity Provider）以及聯(lián)合曲線（bonding curve）。第二部分是Factory智能合約，用于創(chuàng)建Pair，由Lps來調(diào)用。第三部分為Router智能合約，Router是交易入口，交易者通過它配對指定的交易Pair，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)交換。

Pair是基于NFT/TOKEN的自動做市商（AMM）的基礎(chǔ)合約，實(shí)現(xiàn)的是NFT與不同代幣的交換（swap），并為提供流動性的LP質(zhì)押者設(shè)置協(xié)議費(fèi)獎勵(lì)，由于Pair合約的代碼較為復(fù)雜，這里只列出核心事件如表3所示。

Factory智能合約是一個(gè)去中心化交易對（DEX）工廠合約，實(shí)現(xiàn)包括創(chuàng)建交易對、管理協(xié)議費(fèi)、管理配置參數(shù)等功能。創(chuàng)建交易是用于創(chuàng)建Pair合約交易的交易對，實(shí)現(xiàn)ETH/NFT、ERC20/NFT等不同交易對組合。管理協(xié)議費(fèi)用使Pair合約的Lp提供者可以取回指定的ETH與ERC20代幣，Pair合約的所有者可以調(diào)整協(xié)議費(fèi)的分配方式。管理配置參數(shù)指聯(lián)合曲線（Bonding Curve）在不同情況下的調(diào)整，F(xiàn)acory智能合約的函數(shù)設(shè)計(jì)如表4所示。

Rounter智能合約是一個(gè)交易入口，它通過交易路徑實(shí)現(xiàn)了用戶指定交易的不同交易對，這里不同的交易對指NFT、ETH、ERC20代幣3種類型的交換。Rounter智能合約的函數(shù)設(shè)計(jì)針對不同類型的交易對，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)邏輯大同小異，這里只列出重要的函數(shù)功能，NFT與ETH的交換，NFT與NFT的交換。函數(shù)設(shè)計(jì)如表5所示。

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

為了實(shí)現(xiàn)對本方案的核心模塊功能的測試與分析，本方案在以太坊平臺開發(fā)，搭建以太坊私有鏈，智能合約在Remix在線IDE編輯器上編譯，前端采用谷歌瀏覽器實(shí)現(xiàn)，后端部署在Linux服務(wù)器上，具體的配置如表6所示。

4.2 功能測試

數(shù)據(jù)NFT交易市場主要功能包括數(shù)據(jù)上傳、數(shù)據(jù)NFT的鑄造、上架、修改價(jià)格、下架、NFT與ETH交換、NFT與ETH組成LP的功能。

4.2.1 數(shù)據(jù)上傳與NFT鑄造

數(shù)據(jù)注冊智能合約部署，設(shè)置鑄造的NFT名稱為NPC，symbol為NPC，并傳遞IPFSloader接口的合約部署地址，IPFSloader參數(shù)為_data，它代表源數(shù)據(jù)存放的IPFS地址。數(shù)據(jù)注冊智能合約部署如圖5所示。

4.2.2 數(shù)據(jù)NFT的上架

數(shù)據(jù)NFT鑄造成功后，將NFT上架。上架功能需要傳遞3個(gè)參數(shù)如圖6所示，nftAddr為數(shù)據(jù)注冊智能合約的部署地址，tokenid為之前鑄造的NFT名稱為NPC，第一個(gè)NPC編號為1，上架價(jià)格price為0.25個(gè)ETH。

4.2.3 LP組建Pool

在數(shù)據(jù)NFT交易之前，需要向流動池（Pool）中添加交易對（Pair），這里向流動性池中添加6個(gè)ETH和27個(gè)NPC（數(shù)據(jù)NFT名稱為NPC）組成ETH-NPC的交易對，NPC的當(dāng)前價(jià)格為0.253 ETH，流動性池中交易產(chǎn)生的交易費(fèi)Fees Earned（交易費(fèi)收益）按公式分發(fā)給LP，如圖7所示。

4.2.4 NFT交易（ETH-NPC）

在LP添加流動性至流動性池（Pool）中，NPC-ETH交易對有充足的流動性，可實(shí)現(xiàn)NPC-to-ETH的買賣交易。NPC-to-ETH賣出操作如圖8所示，賣出NPC數(shù)量為10個(gè)，交換ETH為2.7個(gè)，交易滑點(diǎn)為（price impact）48%，ETH-to-NPC買入操作如圖9所示，買入NPC數(shù)量為4個(gè)，需要1個(gè)ETH交換，單價(jià)為0.25個(gè)ETH，交易滑點(diǎn)為10%。

4.3 流動性分析

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交易機(jī)制除了流動性由交易平臺提供的訂閱模式外，其他交易機(jī)制都需要交易對手才能實(shí)現(xiàn)交易。在功能測試中，ETH-NFT交易對在添加流動性后，可隨時(shí)實(shí)現(xiàn)ETH-NFT的自動化交易不受交易平臺與交易對手影響。

在自動化交易中，交易中的流動性指標(biāo)是由交易價(jià)格的穩(wěn)定程度來確定的，在NFT-AMM模型中通過交易滑點(diǎn)損失間接表現(xiàn)，交易滑點(diǎn)是預(yù)期交易價(jià)格與實(shí)際成交價(jià)格的差價(jià)。計(jì)算交易滑點(diǎn)損失采用恒定聯(lián)合曲線，恒定聯(lián)合曲線的計(jì)算公式與恒定乘積公式一致。由式（1）和式（2）可推導(dǎo)交易滑點(diǎn)損失Slippagey：

（7）

由公式可知，交易滑點(diǎn)損失受交易量?x影響，?x越大產(chǎn)生的滑點(diǎn)越大。交易量?x不變，資產(chǎn)y增加時(shí)，交易滑點(diǎn)減少，交易價(jià)格越穩(wěn)定。交易滑點(diǎn)損失與交易價(jià)格函數(shù)隨恒定乘積k變化如圖10所示。

交易價(jià)格與交易滑點(diǎn)函數(shù)越趨近時(shí)說明交易價(jià)格的差價(jià)越小，即交易流動性越好。交易價(jià)格與交易滑點(diǎn)函數(shù)離得越遠(yuǎn)交易流動性越差。當(dāng)交易量固定時(shí)，流動池中的資產(chǎn)越多，交易價(jià)格越穩(wěn)定，在目前的數(shù)據(jù)交易市場中，NFT-AMM模型能為數(shù)據(jù)交易提供更好的流動性。

5 結(jié) 論

數(shù)據(jù)交易是數(shù)據(jù)流通的主要方式，如何提高現(xiàn)有數(shù)據(jù)交易市場的流動性，是數(shù)據(jù)價(jià)值被充分利用的關(guān)鍵問題。本文以NFT-AMM模型理論為基礎(chǔ)，通過智能合約構(gòu)造的NFT使特殊的數(shù)據(jù)代幣化，將數(shù)據(jù)交易問轉(zhuǎn)換為代幣交易問題。從而提出一種新的數(shù)據(jù)交易機(jī)制，對數(shù)據(jù)交易市場的流動性有積極作用。

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作者簡介：劉紅尾（1997—），男，漢族，四川宜賓人，碩士研究生在讀，研究方向：計(jì)算機(jī)技術(shù)、區(qū)塊鏈；莊偉卿（1981—），男，漢族，福建福州人，碩士生導(dǎo)師，副教授，博士后，研究方向：大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)。

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.17.015

收稿日期：2024-03-05

Research on Data Transaction Mechanism Based on NFT-AMM

LIU Hongwei， ZHUANG Weiqing

（School of Internet Economics and Business， Fujian University of Technology， Fuzhou 350014， China）

Abstractb1f3b5ca867f83b045793c52eaa1baff207ff2fb323ff112f3390b21cd523fb5： The latent and enormous value of data has been continuously mined and used， and the circulation of data is an important way to embody the data value. However， the data trading market has the problem of insufficient liquidity， which hinders the circulation of data and the further development of the value. Through the analysis of the traditional data transaction mechanism， the fundamental problem of poor liquidity in the trading market is clarified. By studying AMM （Automated Market Maker） algorithm， data is transformed into the NFT format based on its specific characteristics， and a data transaction mechanism based on NFT-AMM is proposed to promote the circulation of data transaction. Finally， on the Ethereum smart contract platform， this paper tests the system functions， analyzes and verifies the data transaction circulation to implement the data transaction system based on NFT-AMM.

Keywords： data transaction; blockchain; Automated Market Maker; smart contract