比特币依靠去中心化分布式账本运行,底层共识机制为工作量证明PoW,核心加密算法采用双重SHA-256哈希运算,搭配secp256k1椭圆曲线算法完成交易签名确权,依靠全网节点共同维护账本,依靠算力竞争完成交易打包与区块生成。

比特币最核心的运行逻辑,是摒弃中心化机构,把所有交易记录存储在由无数区块串联形成的区块链上,全网节点同步保存完整账本。用户发起转账时,钱包利用私钥生成数字签名,网络节点首先校验签名合法性,确认资金来源有效,没有重复花费后,将交易放入内存池等待打包。矿工持续抓取内存池内未确认交易,筛选手续费较高的交易组装候选区块,区块头会记录上一个区块的哈希值、交易汇总默克尔根、时间戳、难度参数以及可变随机数,依靠哈希值将区块前后绑定,一旦修改任意区块内的数据,哈希数值会彻底改变,整条后续链条都会失效,以此实现账本难以篡改。

比特币体系包含两套关键算法,挖矿环节使用双重SHA-256,也就是连续两次执行SHA-256哈希计算。哈希算法具备单向不可逆、微小输入改动就会产生完全不同输出的特性,矿工不断更换随机数反复运算,尝试算出满足网络难度条件的哈希结果。率先算出有效结果的矿工获得新区块记账权,将区块广播至全网,其他节点快速核验结果真伪,验证通过后同步区块。网络每产生2016个区块会自动调整挖矿难度,维持平均十分钟出一块的节奏,保障网络运行稳定。除此之外,secp256k1椭圆曲线算法负责公私钥生成与交易签名,决定地址资产归属,是用户持有比特币的加密基础。

不少新手容易混淆共识机制与哈希算法,PoW属于共识规则,SHA-256是实现这套规则的数学工具。这套机制依靠算力竞争建立信任,但也存在客观短板,运行过程需要持续消耗算力资源。全网遵循最长链原则,当出现区块分叉时,节点默认选择累计算力更高的链条作为主链,只有攻击者掌握全网绝大部分算力,才有可能尝试篡改历史交易,这也是网络安全边界。普通投资者可以借助区块浏览器查询链上交易,但无法凭借哈希运算逆向推导原始信息,这也是比特币具备假名特性的技术根源。
