Technologie byla publikována v roce 2009 jednotlivcem nebo skupinou lidí s pseudonymem „Satoshi Nakamoto“, jehož/jejichž skutečná identita je dodnes obestřena tajemstvím.

Architektura využívá tzv. asymetrickou kryptografii (šifrování). To v jednoduchosti znamená, že systém využívá dva klíče. První je veřejný, šifrovací. Ten majitel volně zveřejňuje, aby mohl kdokoliv volně šifrovat jemu určené zprávy. Druhý je privátní, dešifrovací. Ten musí majitel držet v tajnosti, protože slouží k dešifrování jemu určených zpráv. Šifrovací klíč a dešifrovací klíč jsou spolu matematicky svázány takovým způsobem, že je velmi snadné odvodit z dešifrovacího klíče klíč šifrovací, ale naopak je to prakticky nemožné. Proto "asymetrická" kryptografie.

"S elektronickou měnou založenou na kryptografickém důkazu, bez nutnosti důvěřovat prostředníkovi třetí strany, mohou být peníze bezpečné a transakce snadné."

Satoshi Nakamoto

BTC byl spuštěn v roce 2009 a je první virtuální měnou, která řeší problém dvojího utrácení tím, že transakce před jejich odvysíláním do všech uzlů sítě Bitcoin označuje časovou značkou. Protokol Bitcoin nabídl řešení byzantského generálského problému pomocí struktury sítě blockchain, což je pojem, který poprvé vytvořili Stuart Haber a W. Scott Stornetta v roce 1991.

Protokol používá k dosažení síťového konsensu algoritmus PoW (Proof-of-Work) založený na algoritmu SHA-256d. Jeho síť má cílovou dobu bloku 10 minut a maximální zásobu 21 milionů tokenů s klesající rychlostí emise tokenů. Aby se zabránilo kolísání doby bloku, je obtížnost bloku sítě znovu upravována pomocí algoritmu založeného na délce posledních 2016 bloků.

S limitem velikosti bloku omezeným na 1 megabajt podporuje protokol Bitcoin jako řešení škálovatelnosti sítě jak Lightning Network, infrastrukturu druhé vrstvy pro platební kanály, tak Segregated Witness, soft-fork pro zvýšení počtu transakcí v bloku.

Nakamotův konsensus

V síti Bitcoin se může kdokoli připojit a stát se poskytovatelem účetních služeb, tj. validátorem. Všichni validátoři se mohou zúčastnit závodu o to, kdo se stane producentem bloku pro příští blok, nicméně vyhraje pouze ten, kdo jako první splní výpočetně náročný úkol. Tato funkce se nazývá Proof of Work (PoW).

Pravděpodobnost, že kterýkoli validátor dokončí úlohu jako první, se rovná procentuálnímu podílu celkového výpočetního výkonu sítě neboli hash power, který validátor má. Například validátor z 5 % celkového výpočetního výkonu sítě bude mít 5 % šanci dokončit úlohu jako první, a stát se tak dalším výrobcem bloků.

Vzhledem k tomu, že se do závodu může zapojit kdokoli, má konkurence v těžbě postupně roste. V počátcích těžby bitcoinů se o těžbu staraly převážně procesory osobních počítačů.

Těžba běžnými procesory se však již dávno stala neefektivní. Validátoři neboli těžaři bitcoinů dnes těží pomocí pro specializovaných a výkonnějších zařízeních, založené na aplikačně specifických integrovaných obvodech (ASIC).

Díky tomu, že o odměny za bloky soupeří různí těžaři, je pro případného útočníka obtížné získat většinu v síti (definovanou jako více než 51 % hashovací síly sítě v Nakamotově konsensuálním mechanismu). Schopnost přeskupit transakce prostřednictvím 51% útoku naznačuje další vlastnost Nakamotova konsensu: konečnost transakcí je pouze pravděpodobnostní.

Jakmile je blok vytvořen, je následně producentem bloku šířen všem ostatním validátorům, aby zkontrolovali platnost všech transakcí v daném bloku. Producent bloku obdrží odměnu v nativní měně sítě (tj. bitcoinech), jakmile všichni validátoři blok schválí a aktualizují své účetní knihy.

Blockchain

Vytváření bloků

Bitcoin protokol využívá datovou strukturu Merkleho stromu k uspořádání hashů mnoha jednotlivých transakcí do každého bloku. Tento koncept je pojmenován podle Ralpha Merkleho, který si jej nechal patentovat v roce 1979.

Díky použití Merkleho stromu, ačkoli každý blok může obsahovat tisíce transakcí, bude mít schopnost spojit všechny jejich hashe a zkondenzovat je do jednoho, což umožní efektivní a bezpečné ověření této skupiny transakcí. Tento jediný hash se nazývá Merkleho kořen, který je uložen v záhlaví bloku. V záhlaví bloku jsou uloženy také další metainformace bloku, například hash předchozího záhlaví bloku, což umožňuje spojovat bloky do struktury podobné řetězci (odtud název "blockchain").

Ilustrace tvorby bloků v protokolu Bitcoin je ukázána níže: