比特币依托的核心底层技术为区块链，整套系统由分布式账本结构、密码学算法、工作量证明共识机制、点对点P2P网络四大技术模块协同运行，区块链也是比特币诞生后才被大众广泛熟知的分布式数据技术。中本聪在原始白皮书中，将多种成熟密码学与分布式网络技术整合，打造出去中心化电子现金体系，比特币也是全球首个落地商用的区块链应用，二者属于载体与落地产品的关系，不能将比特币等同于区块链技术。
区块链作为比特币的底层分布式账本，采用区块链式存储结构，网络每十分钟生成一个独立区块，单个区块会打包全网近期两千至四千笔交易数据，区块分为区块头与区块体两部分。区块体完整存储转账交易明细，区块头记录时间戳、随机数、默克尔根、上一区块哈希值等关键校验信息，每个区块都会嵌入前序区块的哈希指纹，所有区块按时间顺序首尾串联形成完整链条。一旦任意区块内交易数据被修改，该区块哈希值会全部变更，后续所有区块的校验标识都会失效，全网节点可快速识别篡改行为，以此实现账本数据不可篡改的核心特性。区块内部交易依靠默克尔树聚合哈希，仅通过默克尔根就能快速核验单笔交易是否真实存在，大幅降低全节点数据校验的算力消耗。
密码学是比特币资产确权与交易安全的底层保障，系统同时搭载椭圆曲线非对称加密与SHA256双重哈希两套核心算法。资产所有权依靠secp256k1椭圆曲线ECDSA签名机制实现，用户本地随机生成256位私钥，私钥单向运算得出可公开传播的公钥，公钥再经过哈希压缩生成对外收款地址，只有私钥持有者能够对交易完成数字签名，全网节点凭借对应公钥验证交易合法性，杜绝他人伪造转账操作。SHA256双重哈希贯穿系统全部环节，用于生成区块哈希、交易唯一ID、地址校验码，同时作为工作量证明的计算基础，哈希算法单向不可逆的特性，保证交易、区块数据无法逆向篡改，钱包地址也能依靠哈希校验规避手动输入地址出现的转账失误。
工作量证明PoW共识机制是比特币去中心化同步账本的核心规则，解决了分布式网络中双重支付与账本数据同步的难题。全网矿工通过算力竞争求解SHA256哈希数学难题，不断调整随机数计算区块头哈希，只有算出低于全网难度目标值哈希结果的矿工，才拥有新区块打包记账权，完成记账后矿工可获得区块奖励与用户转账手续费。网络每产出2016个区块，约两周周期自动调节挖矿难度，无论全网算力增减，始终维持十分钟平均出块速度。全网全部节点默认选择累计算力最多的主链作为有效账本，若出现区块分叉，算力更少的分支会被全网自动舍弃，攻击者若想篡改历史账本，需要掌控全网超半数算力，极高的算力成本让恶意篡改几乎无法落地。
比特币整套网络搭建在去中心化P2P对等网络之上，不存在中心化服务器、运营机构，全球所有运行节点地位完全平等。用户发起转账交易后，交易会自动广播至全网所有在线节点，节点先独立校验交易签名、余额、交易合规性，校验通过后再转发给其他节点，完成交易全网同步。全节点会完整下载并校验从创世区块至今全部交易账本，轻节点仅同步区块头数据，依靠全节点完成交易核验，P2P网络消除传统金融中介机构，任何用户无需第三方许可即可自由收发比特币，同时网络不存在单点故障，单一地区大量节点下线也不会影响整体网络正常运行。
