ZK Rollup（ゼロ知識ロールアップ）

ZK Rollup（Zero-Knowledge Rollup）は、L2 で実行したトランザクションバッチの正しさを「validity proof（有効性証明）」として暗号学的に証明し、L1 に提出して検証を受けるロールアップ方式である。Validity Rollup とも呼ばれる。Optimistic Rollup の「7 日間の挑戦期間」が不要なため出金が速く、数学的に保証された最終性を持つ。その代償として証明生成に相応の計算コストがかかる。zkSync Era・Starknet・Scroll・Linea・Polygon zkEVM などが代表的な実装で（2026 年時点）、EVM 互換性と証明生成コストの両立が各プロジェクトの主要な競争軸となっている。

仕組み：validity proof による即時最終性

ZK Rollup のコアは「全バッチの実行が正しい」ことを証明する validity proof にある。シーケンサが L2 上でトランザクションをまとめて実行し、状態遷移の前後（古い state root と新しい state root）を確定した後、prover がその遷移が正しく行われたことを暗号学的に証明する。生成された proof と新しい state root を L1 スマートコントラクトに提出し、L1 が proof を検証して通過したら state が確定する。

この仕組みの最大の利点は「即時最終性」である。Optimistic Rollup は不正が申立てられない限り 7 日待つが、ZK Rollup は L1 が proof を検証した瞬間に状態が確定するため、L2 から L1 への出金が数分〜数時間以内に完了できる（proof 生成と L1 ブロック時間の合算）。

データ可用性（DA）は ZK Rollup でも Rollup 分類の重要要素だ。L1 にトランザクションデータを blob または calldata で全量投稿するのが「ZK Rollup（on-chain DA）」で、proof のみ L1 に置きデータをオフチェーンに保管するのが「Validium」となる。前者は証明の正しさに加えてデータの完全な再現性も保証するため、信頼性が高い。

ZK-SNARK と ZK-STARK：2 系統の証明システム

validity proof の実装には主に 2 つの暗号系統がある。

**ZK-SNARK（Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge）**は証明サイズが小さく（通常数百バイト）、L1 での検証コストが低い。一部の SNARK 系（Groth16）はセットアップ時に「trusted setup（信頼されたセットアップセレモニー）」が必要で、このセレモニーが不正なく行われたことを前提とする。PLONK や Halo2 などの汎用 SNARK は trusted setup を不要または再利用可能にしており、リスクを低減した。zkSync Era・Scroll・Linea・Polygon zkEVM などが SNARK 系を採用している。

**ZK-STARK（Scalable Transparent Arguments of Knowledge）**は trusted setup が一切不要で、量子コンピュータ耐性（post-quantum security）を持つ。ただし証明サイズが SNARK より大きく（数十 KB〜数百 KB）、L1 での検証コストが高い。証明生成は並列化しやすくスケーラブルだとされる。Starknet（StarkWare）が代表的な採用者で、Cairo 言語という独自の証明友好的なプログラミング言語を整備している。

実用上の選択基準は「L1 検証コスト vs. 実装複雑度 vs. EVM 互換性」のトレードオフで決まる。SNARK 系は検証が安価で EVM との親和性が高い傾向があり、STARK 系は長期セキュリティと proof 生成のスケーラビリティを重視するプロジェクトが採用する。

zkEVM の互換性レベル（Vitalik の Type 1〜4）

ZK Rollup の設計において「EVM との互換性をどこまで保証するか」は根本的な設計判断だ。Vitalik Buterin は 2022 年に Type 1〜4 の分類を提案した。

Type 1 は Ethereum と完全等価（fully equivalent）で、既存の EVM バイトコードを一切変更せずに ZK 証明できる。互換性は最高だが、EVM の設計が ZK 証明に最適化されていないため証明生成が非常に遅い。本番実用は困難で、研究段階にとどまる。

Type 2 は EVM 等価（EVM-equivalent）で、EVM バイトコードは動くが Ethereum の内部状態（ハッシュ関数など）にわずかな変更を加える。Scroll と Linea がこれに近い実装を目指している。

Type 3 は EVM 互換（EVM-compatible）で、EVM バイトコードをほぼそのまま実行できるが、一部プリコンパイル（precompile）が省略・変更される。Polygon zkEVM が Type 3 から Type 2 へ近づけてきた経緯がある。

Type 4 は高級言語コンパイル型（High-level-language compatible）で、Solidity・Vyper などを ZK 向け中間表現（IR）にコンパイルするが、EVM バイトコードは直接扱わない。証明生成が最も高速だが、EVM バイトコードの完全な互換性はない。初期の zkSync（現 zkSync Era）や Starknet の Cairo が典型例。

現在の主要プロジェクトは Type 2〜3 に集中し、完全 EVM 互換と証明効率のバランスを追求している。

主要プロジェクト：zkSync・Starknet・Linea・Scroll・Polygon zkEVM

zkSync Era（Matter Labs 開発）は ZK Stack と Elastic Network（旧称 Hyperchains）を擁する主要な ZK Rollup エコシステムである。当初は Type 4 に近い設計だったが、EVM 互換性を段階的に高めてきた。Elastic Network では Gateway が各チェーン（Elastic Chain）の validity proof を集約して 1 つの L1 オンチェーン検証にまとめ、スケーラブルなマルチチェーン構造を実現する。v29 でネイティブ cross-chain messaging が導入され、Abstract・Lens Protocol などのアプリチェーンが Elastic Network に参加している。

Starknet（StarkWare 開発）は STARK ベースの証明システムと Cairo という独自言語を採用する。Solidity との互換性はなく、Cairo を習得する必要があるが、証明の透明性とポスト量子セキュリティを重視するプロジェクトに適している。Starknet では「based 化」（Ethereum バリデータが直接シーケンシングを担う構成）を検討しており、分散化の方向性が他の L2 とは異なる。2026 年に L2BEAT Stage 1 を達成した。

Linea（Consensys 開発）は Type 2 に近い zkEVM で、MetaMask との統合を活かして開発者・ユーザーの取込を図っている。Prover は Gnark フレームワーク（Go 言語）を用い、SNARK 系の proof を生成する。

Scroll は EVM 等価（Type 2 寄り）を最優先設計として進んでいる。バイトコード互換性を保ちながら、L1 Ethereum のプリコンパイルも順次 ZK 対応している。2026 年に L2BEAT Stage 1 を達成した。既存の Ethereum ツールチェーンがほぼそのまま動くことを強みにする。

Polygon zkEVM（Polygon Labs 開発）は 2023 年 3 月にメインネットローンチしたが、2026 年に Mainnet Beta を sunset して Polygon PoS と AggLayer・Polygon CDK に戦略を集中する方向に転換した。Polygon の zkEVM 技術は CDK（Chain Development Kit）として提供され、他のチェーンが ZK Rollup を構築する基盤として活用されている。Polygon Foundation CEO は Sandeep Nailwal が就任している。

長所と課題

長所として以下が挙げられる。

validity proof による即時最終性は、DeFi における資金移動・清算・裁定取引に大きなメリットをもたらす。Optimistic の 7 日出金遅延と比べた利点は明確だ。さらに「証明された正しさ」は数学的保証であるため、不正が通り抜けるリスクが構造的にない（与えられた証明系が正しい前提）。DA が L1 にある ZK Rollup はセキュリティモデルが最も強固とされる。

課題は以下のとおりだ。

証明生成は計算集約的で、汎用ハードウェアでは現在も数十秒〜数分かかる。これがトランザクションの「証明確定」を遅延させる要因になる。prover の中央集権（多くの ZK Rollup が単一 prover を使う）は技術的課題の一つで、decentralized proving market の開発が進んでいる。EVM 完全互換の難しさ（Type 1 の証明コスト）は ZK 系全体の未解決問題で、Type 2 の実現には膨大なエンジニアリング投資が必要だった。

また、ZK 証明システム自体（回路・証明ライブラリ）は複雑で、バグが潜在するリスクがある。Optimistic Rollup の fraud proof より検証の難易度が高く、セキュリティ監査には ZK 専門知識が必要だ。

中長期的には、ハードウェアアクセラレータ（FPGA・ASIC）による proof generation の高速化・低コスト化が進み、ZK Rollup のスループットとコスト効率は大幅に改善すると見込まれる。EVM 互換性の向上と証明生成の高速化という 2 つの軸で、ZK 系は Optimistic 系に追いつき追い越す可能性を持っている。