基于NFT-AMM的數據交易機制研究

摘 要：數據潛在的巨大價值已經不斷被挖掘和使用，數據的流通又是數據價值體現的重要方式。然而，數據交易市場存在流動性不足的問題，阻礙了數據的流通和價值的進一步開發。通過對傳統數據交易機制的分析，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，根據數據的特殊性將數據NFT化，從而提出一種基于NFT-AMM的數據交易機制，促進數據交易的流動性。最后，在以太坊智能合約平臺上，測試系統功能并分析和驗證數據交易流動性實現基于NFT-AMM的數據交易系統。

關鍵詞：數據交易；區塊鏈；自動做市商；智能合約

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

0 引 言

隨著新一代信息技術的迅速發展，數據中隱藏的巨大經濟價值已被發現，交易產業也順應時代產生。數據交易領域蓬勃發展，隱藏在數據交易背后的問題也浮出水面。據中國信通院數據要素市場研究團隊在論壇上發布的《數據價值化與數據要素市場發展報告（2022年）》，我國數據流通交易仍以場外交易為主，2021年我國數據交易規模超500億元，其中以數據交易所/中心為主導的場內交易占比僅2%，由企業等主導的場外交易占比98%[1]。數據交易不透明，流動性差的問題阻礙了數據市場的進一步發展[2]。

區塊鏈技術為數據交易存在的問題提供了新的解決思路，基于區塊鏈的數據交易平臺研究有不少成熟應用。Liu[3]等人提出一種新的基于區塊鏈的數據交易生態系統，使數據交易雙方只能訪問數據分析結果，通過減少數據集與構建安全模型，在以太坊和SGX上實現安全數據交易模型。Hu[4]等人設計基于智能合約的價格談判模型設計的數據交易系統，其中數據交易是基于智能合約的數據匹配、價格協商和獎勵分配來完成。Javed[5]等人設計了基于車聯網的數據交易平臺，通過迭代的雙重拍賣機制，實現社會福利最大化。

在區塊鏈上搭建數據交易平臺為數據交易不透明，交易缺乏信任問題提供了實際的實現方案。然而數據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。本文針對數據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化代幣（NFT）-自動做市商（AMM）的數據交易機制，能有效地提高數據交易市場的流動性。

1 交易機制分析

1.1 傳統交易機制

數據作為一種商品在數據交易市場上出售，數據交易機制是決定數據成功交易的關鍵。以貴陽大數據交易所為例，目前所采用的數據交易機制主要有線下撮合、線上結算模式，數據拍賣模式，訂閱模式，按需付費模式，訂單匹配模式[6]，根據各種交易機制的交易特點對其流動性影響分析如表1所示。

1.2 AMM交易機制

自動做市商（AMM）是一種根據特定定價算法自動交易的交易模型，實現買賣價格的自動化[7]。在交易市場中，提供資產的人稱為流動性提供者（Liquidity Provider， LP），當LP提供流動性后為資產設置價格，稱為做市商[8]。在AMM算法中，LP將資產按一定比例（一般是兩個資產）放入流動池（Liquidity Pool）中為交易提供流動性，交易者根據流動池實現交易。LP撤出流動性時，且流動池中沒有交易對時，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A與B組成的A-B交易對。當交易發生時，交易者實際在對流動池里的資產作交換，用資產A交易資產B或反向交易，當流動性池有多個交易對時，交易者也可選擇不同的Pair（交易對）進行交換。

CPMM作為最常用的AMM算法[9]，它是通過恒定乘積公式實現的交易中資產定價，適合于兩種資產之間的交易。假設恒定乘積為k，資產A與資產B分別為x與y，恒定乘積計算公式為：

k=x×y （1）

假設?x為買資產B投入的資產A的數量，β為交易費，?y為換取資產B的數量。即當x=?x+x時，?y推導公式為：

（2）

2 NFT-AMM模型理論

2.1 NFT模型理論

非同質化代幣（NFT）由以太坊ERC721協議標準提出，與同質化代幣（FT）不同，它無法被細分，最小單位是1。NFT的出現解決了虛擬世界中所有權的問題，它定義了虛擬物品的產權，廣泛應用于各自藝術創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構建了一種科學數據產權管理模型，實現了數據與NFT結合的有效激勵數據共享機制。Kawu[12]基于NFT與水印技術構造了一個數據交易市場，保障了數據交易的安全性與穩定性。

2.2 NFT-AMM模型

NFT-AMM模型與同質化代幣（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算法實現了NFT與FT的自動化交易。它由許多單獨的NFT流動性池（Pool）組成，每一個Pool由LP管理，實現原理如圖2所示。流動性池是由單個地址管理的合約，該地址持有一定數量的ETH和一定數量的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內容如下：

1）僅限購買的流動性池中有ETH，并且隨時準備提供報價使用ETH購買NFT。

2）僅向池中提供NFT，可隨時出售NFT，NFT報價根據Bonding Curve計算。

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

流動性池中的報價由LP組建時指定的聯合曲線（bonding curve）決定，聯合曲線可以是恒定的（即始終引用相同價格）、線性的（價格隨買賣線性增加或減少）或指數（價格隨買賣增加或減少百分比）。聯合曲線是由智能合約與數學公式結合，是根據代幣的供應動態調整價格的自動定價機制，它實現的原理與AMM算法底層原理一致，例如恒定聯合曲線與CPMM算法中恒定乘積對交易中資產定價計算公式相同。

以指數型聯合曲線在NFT-AMM模型中應用為例，當買入與賣出操作發生時，價格受聯合曲線影響發生變化。將新價格假設為p1，當前價格假設為p，聯合曲線參數為d，交易NFT的數量為n。當購買操作發生時，新價格p1計算式為：

（3）

當賣出操作發生時，新價格p1計算式為：

（4）

在買賣發生時，輸出資產價值與輸入資產價值也發生了變化。這里假設輸出資產價值為v，買入賣出的協議費用為f。當購買操作發生時，輸出價值v計算式為：

（5）

同理，當賣出操作發生時，假設輸出資產價值為o，輸出資產價值計算式為：

（6）

3 基于NFT-AMM模型的數據交易機制實現

模型實現的數據交易機制主要由數據注冊智能合約與數據交易智能合約組成，工作原理如圖3所示。在數據交易之前，需要將數據的源數據文件上傳至IPFS（星際文件系統），這是一種去中心的存儲系統，在NFT領域廣泛應用。上傳至IPFS的數據文件會生成專屬的CID，由CID與數據注冊智能合約交互，映射為源數據相對應的NFT。NFT與測試ETH（這是以太坊測試網絡的測試幣）在數據交易智能合約中組建LP，為流動池提供流動性。交易者通過數據交易智能合約交易流動池中的資產。

3.1 數據注冊智能合約

數據注冊智能合約功能涉及數據上傳IPFS、創建NFT，其主要合約函數設計如表2所示。

3.2 數據交易智能合約

數據交易智能合約它由三部分組成，整體結構如圖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）以及聯合曲線（bonding curve）。第二部分是Factory智能合約，用于創建Pair，由Lps來調用。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，實現資產交換。

Pair是基于NFT/TOKEN的自動做市商（AMM）的基礎合約，實現的是NFT與不同代幣的交換（swap），并為提供流動性的LP質押者設置協議費獎勵，由于Pair合約的代碼較為復雜，這里只列出核心事件如表3所示。

Factory智能合約是一個去中心化交易對（DEX）工廠合約，實現包括創建交易對、管理協議費、管理配置參數等功能。創建交易是用于創建Pair合約交易的交易對，實現ETH/NFT、ERC20/NFT等不同交易對組合。管理協議費用使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整協議費的分配方式。管理配置參數指聯合曲線（Bonding Curve）在不同情況下的調整，Facory智能合約的函數設計如表4所示。

Rounter智能合約是一個交易入口，它通過交易路徑實現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智能合約的函數設計針對不同類型的交易對，內部實現邏輯大同小異，這里只列出重要的函數功能，NFT與ETH的交換，NFT與NFT的交換。函數設計如表5所示。

4 實驗及結果分析

4.1 實驗環境

為了實現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，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現，后端部署在Linux服務器上，具體的配置如表6所示。

4.2 功能測試

數據NFT交易市場主要功能包括數據上傳、數據NFT的鑄造、上架、修改價格、下架、NFT與ETH交換、NFT與ETH組成LP的功能。

4.2.1 數據上傳與NFT鑄造

數據注冊智能合約部署，設置鑄造的NFT名稱為NPC，symbol為NPC，并傳遞IPFSloader接口的合約部署地址，IPFSloader參數為_data，它代表源數據存放的IPFS地址。數據注冊智能合約部署如圖5所示。

4.2.2 數據NFT的上架

數據NFT鑄造成功后，將NFT上架。上架功能需要傳遞3個參數如圖6所示，nftAddr為數據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NPC編號為1，上架價格price為0.25個ETH。

4.2.3 LP組建Pool

在數據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ETH和27個NPC（數據NFT名稱為NPC）組成ETH-NPC的交易對，NPC的當前價格為0.253 ETH，流動性池中交易產生的交易費Fees Earned（交易費收益）按公式分發給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，可實現NPC-to-ETH的買賣交易。NPC-to-ETH賣出操作如圖8所示，賣出NPC數量為10個，交換ETH為2.7個，交易滑點為（price impact）48%，ETH-to-NPC買入操作如圖9所示，買入NPC數量為4個，需要1個ETH交換，單價為0.25個ETH，交易滑點為10%。

4.3 流動性分析

傳統的數據交易機制除了流動性由交易平臺提供的訂閱模式外，其他交易機制都需要交易對手才能實現交易。在功能測試中，ETH-NFT交易對在添加流動性后，可隨時實現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是由交易價格的穩定程度來確定的，在NFT-AMM模型中通過交易滑點損失間接表現，交易滑點是預期交易價格與實際成交價格的差價。計算交易滑點損失采用恒定聯合曲線，恒定聯合曲線的計算公式與恒定乘積公式一致。由式（1）和式（2）可推導交易滑點損失Slippagey：

（7）

由公式可知，交易滑點損失受交易量?x影響，?x越大產生的滑點越大。交易量?x不變，資產y增加時，交易滑點減少，交易價格越穩定。交易滑點損失與交易價格函數隨恒定乘積k變化如圖10所示。

交易價格與交易滑點函數越趨近時說明交易價格的差價越小，即交易流動性越好。交易價格與交易滑點函數離得越遠交易流動性越差。當交易量固定時，流動池中的資產越多，交易價格越穩定，在目前的數據交易市場中，NFT-AMM模型能為數據交易提供更好的流動性。

5 結 論

數據交易是數據流通的主要方式，如何提高現有數據交易市場的流動性，是數據價值被充分利用的關鍵問題。本文以NFT-AMM模型理論為基礎，通過智能合約構造的NFT使特殊的數據代幣化，將數據交易問轉換為代幣交易問題。從而提出一種新的數據交易機制，對數據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：計算機技術、區塊鏈；莊偉卿（1981—），男，漢族，福建福州人，碩士生導師，副教授，博士后，研究方向：大數據統計、數字經濟。

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