ゼロ知識Rollups（ZK-Rollups）とは？

ブロックチェーンが利用できる領域には限りがあり、オンチェーンに参入するユーザーが増えるほど、企業はトランザクションコストとオンチェーンでのフットプリントを最小化する方法を求めるようになる。L1上でビジネスを最適化する企業もあれば、新しいL1を丸ごと立ち上げる企業もある(Stripeのように)。L2上に構築してL1コストを最小化する企業もあれば、独自のL2を立ち上げる企業もある(Worldのように)。

L2の世界には、それぞれ異なるトレードオフを持つさまざまなL2設計が存在し、現在人気を集めている。中でも人気が高まっている設計の一つがrollupsで、大きく分けて2種類ある: optimistic rollupsとzero-knowledge rollupsだ。この記事では、後者について知っておくべきことをすべて説明する。

自分のアプリに適したスケーリングソリューションを選ぼうとしている開発者であっても、単に市場の状況を理解したいだけであっても、このガイドではZK-rollupsについて知っておくべきことを平易な言葉で解説する。

Tl;dr: 2025年のZK-rollups

• ZK-rollupsはトランザクションをオフチェーンでまとめ、zero-knowledge proofsを使ってその正当性を証明する。まとめられたトランザクションはその後オンチェーンにブロードキャストされる。
• 市場の勢い: 現在のrollups市場はoptimistic設計(OptimismやArbitrumなど)が主流だが、ZK技術が成熟するにつれ、そのバランスは変化し始める可能性がある。
• 主な利点: ZK-rollupsは即時ファイナリティを提供する(optimistic rollupsのような7日間の引き出し遅延がない)。
• 主要プレイヤー: Matter Labs(zkSyncフレームワークの開発元)、Starknet、Polygon Labs(Polygon zkEVMの運営者)、Scroll(Scroll zkEVMを運営)がzkEVMレースを牽引している。さらに、RISC ZeroやOP Succinctといったチームは、OptimismのOP Stackのような既存フレームワークへの統合を構築することで、ZK provingの適用範囲を広げている。
• 適した用途: Zk-rollupsはゲーム、DeFi、その他高速な決済とプライバシーを必要とするアプリケーションに適している。

ZK-rollupsとは正確には何か

**zero-knowledge rollup(ZK-rollup)**は、Layer 2のスケーリングソリューションであり、メインのlayer 1チェーン(例えばEthereum)の外でトランザクションを実行し、その後生の取引データではなく暗号学的proofをL1に送信して検証させる仕組みだ。

こう考えてみてほしい: 数学の宿題を先生に丸ごと見せて答えが正しいことを証明する代わりに、途中の計算過程を明かさずに問題を正しく解いたことを示す数学的な証明を提示する。これが「zero-knowledge」の部分だ: 詳細を明かさずに答えやデータの正当性を証明する。

ZK-rollupの中核となる構成要素

すべてのZK-rollupシステムにはいくつかの中核となる要素がある:

1. オンチェーンのコントラクト(Ethereum上): L1上には2つのコントラクトがある。rollupブロックを保存し状態更新を追跡するmainコントラクトと、zero-knowledge proofsを検証するverifierコントラクトだ。
2. オフチェーンの仮想マシン: このマシンはrollupの状態を管理し、トランザクションを実行する。またバッチ化されたトランザクションに対してvalidity proofsを生成する。このマシンには「sequencers」と呼ばれるオペレーターがおり、ユーザーのトランザクションをシーケンス化・処理する。
3. Validity proofs: これらのproofsは、オフチェーンの計算が正しいことを示す暗号学的な証拠だ。これらのproofsにはzk-SNARKsとzk-STARKsの2種類がある。

ZK-rollupsはどのように機能するか

大まかに言うと、rollups(optimisticとZKの両方)は大量のトランザクションを1つのトランザクションにまとめてEthereum mainnet(またはrollupが構築されているL1)上でマイニングすることで、より安価なトランザクションとより優れたオンチェーンスケーラビリティを実現する。ZK-rollupsは特に、暗号学的proofs(zero-knowledge validity proofs)を追加することでそれらのトランザクションの正しさを保証し、信頼の前提を減らし、optimistic rollupsに比べて速いファイナリティを可能にする。

その単一のトランザクションはvalidity proofという形を取り、succinct, non-interactive argument of knowledge(SNARK)またはsuccinct, transparent argument of knowledge(STARK)として知られている。

SNARKsとSTARKsは暗号学的トランザクションハッシュと同じ概念だ。典型的なEthereumトランザクションには多くの構成要素があるが、以下の例に示すように、取引データを明かすことなくそれらすべてを一意のトランザクションハッシュとして表現できる。

Etherscanのトランザクションのスクリーンショット。

結局のところ、数百件のEthereumトランザクションの代わりにこの1件のトランザクションをマイニングすることが、ZK-rollupsをEthereumのLayer 1チェーンの利用に比べて大幅に安くしている理由だ。

典型的なZK-rollupのトランザクションフローを見て、これらのrollupsがどのように機能するかを理解しよう:

ステップ1: トランザクションの送信

ユーザーはZK-rollupのオペレーター(sequencerと呼ばれる)にトランザクションを送信する。そのトランザクションの実行はLayer 2ネットワーク上でオフチェーンで行われる。

ステップ2: バッチ処理

オペレーターは数百から数千のトランザクションを収集し、順番に実行し、rollup状態の最新版としてバッチにまとめる。

ステップ3: proofの生成

オペレーターはその後validity proof、つまり以下を数学的に保証する証明を生成する:

• バッチ内のすべてのトランザクションが有効であること
• 新しいstate rootが正しいこと
• そのバッチのトランザクションにおいて二重支払いやその他の不正が発生していないこと

ステップ4: オンチェーンでの検証

rollupの現在の終了状態(最新のバッチ化されたトランザクション時点での)と対応するvalidity proofがEthereum、またはrollupが構築されているL1チェーンに送信される。verifierコントラクトはミリ秒単位でそのproofをチェックし、バッチ全体を受理または拒否する。

ステップ5: ファイナリティ

Ethereumがproofを受理すると、そのバッチ内のすべてのトランザクションが確定する。待機期間もfraud challengesもない。即時決済のみだ。

ZK-rollups vs. optimistic rollups: 実際の違い

イントロで触れたように、現在の市場には主に2種類のrollupsがある。では、上で説明したZK-rollupとoptimistic rollupsの違いは何か?

ZK-rollupsが勢いを増している理由

即時ファイナリティが決め手となる機能だ。ArbitrumやOptimismのようなoptimistic rollupsでは、Ethereumへの資金の引き出しに7日間のチャレンジ期間が必要になる。ZK-rollupsはこれを完全に排除する—proofがEthereum上で検証され次第、資金は利用可能になる。

経済的インセンティブではなく数学による強化されたセキュリティ。Optimistic rollupsはバリデーターと経済的インセンティブに依存して不正を検出するが、ZK-rollupsは不正を数学的に不可能にする。

プライバシーの可能性: 現在のZK-rollupsのほとんどは、その設計が約束するプライバシー面をまだ十分に活用していないが(zk技術は最先端の分野であり、まだ発展途上だ)、その基盤となる技術はプライベートなトランザクションを可能にする—これはoptimistic rollupsでは実現できないことだ。

進化するZKスケーリングの状況

初期の言説では、ZK-rollup採用の最大の障壁は開発者体験だとしばしば言われてきた。初期の実装では、新しいプログラミング言語(Starknetの Cairoなど)を学ぶ必要があったり、限られたスマートコントラクト機能を扱わなければならなかった。

zkEVMsはこの問題を解決する。Ethereum Virtual Machineをzero-knowledge環境内で再現することで、開発者は既存のSolidityコントラクトを最小限の変更、あるいは変更なしでデプロイできるようになる。時間とともに、RISC ZeroやOP Succinctのようなチームは、OptimismのOP Stackのような既にEVM互換性の高い既存スタックにzk provingを直接統合している。最後に、zkEVMsは大きく進歩している。各プロジェクトはEVM同等性を着実に向上させてきた。

zkEVM互換性のスペクトラム

ほとんどのプロジェクトはType 2に収斂しつつあり、互換性とパフォーマンスの最良のバランスを提供している。

2025年における主要なZK-rollupプレイヤー

Polygon zkEVM - 人気L2のZK rollup

• TVL: $330M+
• アプローチ: Type-2 zkEVM(ほぼ完全なEVM同等性)
• Proofシステム: PLONK
• 際立った特徴: Ethereumからの最も容易な移行
• ユースケース: 馴染みのある開発環境を求めるDeFiプロトコル

Linea - ConsenSysのエンタープライズ向けzkEVM

• TVL: $840M+
• アプローチ: エンタープライズを重視したType-2 zkEVM
• Proofシステム: 格子ベースの暗号技術を用いたPLONK
• 際立った特徴: ConsenSysエコシステムとの統合、シームレスなMetaMask統合
• ユースケース: エンタープライズDeFi、機関向けアプリケーション

zkSync era - ZKのパイオニア

• TVL: $280M+
• アプローチ: カスタムzkEVMを用いたEVM互換
• Proofシステム: PLONK(zk-SNARKs)
• 際立った特徴: ネイティブのaccount abstractionとガスレストランザクション
• ユースケース: Yearn FinanceやFRAXのようなDeFiプロトコル

StarkNet - Cairo中心の体験

• TVL: $275M+
• アプローチ: Cairoプログラミング言語によるカスタムVM
• Proofシステム: zk-STARKs(量子耐性)
• 際立った特徴: 最高のスループットのポテンシャル
• ユースケース: dYdX(perpetual trading)、ImmutableX(NFTゲーム)

Scroll - Ethereum Foundationとの協業

• TVL: $180M+
• ステータス: 最近mainnetをローンチ
• アプローチ: セキュリティに重点を置いたType-2 zkEVM
• Proofシステム: PLONK
• 際立った特徴: Ethereum Foundationのプライバシーチームと共に構築
• ユースケース: セキュリティを最優先するアプリケーション

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ZK-rollups上での構築: 開発者が考慮すべき点

ZK-rollupsを選ぶべき場合

✅ アプリに即時ファイナリティが必要な場合(取引、ゲーム、リアルタイムアプリケーション) ✅ 個々の値が小さく取引量が多い場合(少額決済、ソーシャルアプリ) ✅ セキュリティが最優先事項である場合(金融アプリケーション、高価値資産) ✅ 将来的なプライバシー機能が重要な場合(コンプライアンス対応DeFi、エンタープライズアプリケーション)

Optimistic rollupsに留まるべき場合

✅ 今すぐ完全なEVM互換性が必要な場合(複雑なDeFiプロトコル) ✅ 最適なパフォーマンスより開発速度が重要な場合(迅速なプロトタイピング) ✅ ユーザーが主に預け入れを行い、めったに引き出さない場合(長期ステーキング、流動性提供)

始め方: デプロイガイド

ほとんどのzkEVMsは、最小限の設定変更でHardhat、Foundry、MetaMaskなどの標準的なツールをサポートしている。

次に来るもの: ZK-rollupのロードマップ

2025年に注目すべき動向

• zkEVMの成熟: Type-1 zkEVMsが本番運用可能な段階に到達
• 共有sequencers: 複数のZKチェーンにまたがる分散型ブロック生成
• ZKブリッジ: 異なるZK-rollupネットワーク間のネイティブな相互運用性
• プライバシー機能: コンプライアンスに対応した実際のzero-knowledgeトランザクション

elastic chainの未来

相互接続されたZK rollupsのネットワークである「elastic chain」というzkSyncのビジョンは、ブロックチェーンスケーリングの今後の姿を体現していると言えそうだ。孤立して競合するチェーンではなく、私たちは以下のような統一されたエコシステムに向かっている:

• チェーン間のネイティブな相互運用性がブリッジのリスクを排除する
• ネットワーク全体にわたる共有された流動性
• 必要に応じて新しいチェーンを追加できるモジュール式のスケーリング

ZK-rollupsがあなたのプロジェクトにとって重要な理由

ZK-rollupsは単なる別のスケーリングソリューションではない—次世代のブロックチェーンアプリケーションの基盤になる可能性がある。Optimistic rollupsはそのシンプルさによって初期のLayer 2時代を席巻してきたが、ZK-rollupsは開発者体験の差を急速に縮めつつあり、多くのユースケースにおいてより優れた特性を提供している。

即時ファイナリティ、高いトランザクションスループット、あるいはプライバシー機能の可能性を必要とするアプリケーションを構築しているなら、ZK-rollupsは検討リストの最上位に置くべきだ。開発者向けのツールはついに本番利用に耐えうるほど成熟しており、エコシステムのインセンティブはZKファーストの開発に向かって整いつつある。

構築を始める準備はできているか? ZK-rollupエコシステムは急速に進化しているが、その基盤技術は本番利用可能な段階にある。どのzkスタックを選んでも、Alchemyはそのほとんどに対して製品サポートを提供している。サポートされているチェーンの全リストについては、chain directoryを確認してほしい。

独自のrollupを立ち上げたいか?

Alchemyの Rollup as a Serviceプラットフォームは、エンタープライズグレードのインフラと開発者ツールを備えたカスタムZK-rollupネットワークのデプロイを容易にする。詳しくはこちら。

よくある質問

zero-knowledge rollups (ZK-rollups)とは何か?

ZK-rollupsは、トランザクションをオフチェーンで実行し、その後暗号学的proofをLayer 1に送信して検証させるLayer 2スケーリングソリューションであり、取引の詳細を明かすことなく、より安価なトランザクションとより優れたスケーラビリティを実現する。

ZK-rollupsはoptimistic rollupsとどう違うのか?

ZK-rollupsはvalidity proofsを使ってトランザクションの正しさを即座に保証するのに対し、optimistic rollupsはトランザクションが有効であると仮定し、引き出しに7日間のチャレンジ期間を必要とする。ZK-rollupsは即時ファイナリティを提供する一方、optimistic rollupsは不正を検出するために経済的インセンティブに依存する。

ZK-rollupのトランザクションはどのように機能するのか?

ユーザーはトランザクションをsequencerに送信し、sequencerは数百から数千のトランザクションをまとめてバッチ化し、validity proofを生成してEthereumに送信する。そのproofがオンチェーンで検証されると、バッチ内のすべてのトランザクションが即座に確定する。

ZK-rollupsにおけるvalidity proofsとは何か?

Validity proofsは、オフチェーンの計算が正しいことを確認する暗号学的な証拠(zk-SNARKsまたはzk-STARKsのいずれか)だ。これはトランザクションハッシュのように機能し、詳細を明かすことなくすべてのトランザクションデータを一意のproofとして表現する。

2025年における主なZK-rollupプロジェクトは何か?

主要なプレイヤーには、Polygon zkEVM(TVL $330M以上)、Linea(TVL $840M以上)、zkSync Era(TVL $280M以上)、Starknet(TVL $275M以上)、Scroll(TVL $180M以上)があり、それぞれEVM互換性とproofシステムに異なるアプローチを取っている。

zkEVMとは何か?

zkEVMは、Ethereum Virtual Machineをzero-knowledge環境内で再現するもので、開発者が既存のSolidityコントラクトを最小限の変更、あるいは変更なしでデプロイできるようにし、ZK-rollupsが初期に抱えていた開発者体験の課題を解決する。

Optimistic rollupsではなくZK-rollup上で構築すべきなのはいつか?

アプリケーションが即時ファイナリティを必要とする場合、少額の取引を大量に処理する場合、強固なセキュリティを必要とする場合、あるいは取引、ゲーム、リアルタイムアプリケーションのように将来的にプライバシー機能を必要とする可能性がある場合には、ZK-rollupsを選ぶとよい。

ZK-rollupsは安全か?

はい、ZK-rollupsは経済的インセンティブに頼るのではなく、暗号学的proofsによって不正を数学的に不可能にし、ベースレイヤーのコンセンサスセキュリティを継承しつつ、強化されたセキュリティを提供する。