比特币区块链的关键核心技术，包括採用Hashcash演算法来进行工作量证明，让区块链中的各节点有机会参与验证，达到公正性，且交易过程採用椭圆曲线数位签章演算法来确保交易安全，并在每笔交易与每个区块中使用多次Hash函数以及Merkle Tree，不只是为了节省储存空间，更重要的是藉由将前一个区块的Hash值加入新区块中，让每个区块环环相扣，也因此做到所谓的可追蹤且不可窜改的特性，同时也使用时间戳来确保区块序列，以下便依序解释这些关键技术。
关键技术 1採用工作量证明达到去中心化及公正性
首先，最关键的便其工作量证明机制（Proof of Work，POW），这是一个可以让每个参与的节点可共同参与交易验证的方式，来实现一个能多方共同维护的单一系统，并共享同一份记录交易的帐本，以形成一个基于零信任基础，却能实现去中心化的P2P网路系统。
工作量证明是让任一运算节点，花费时间和运算资源来计算出一组数学公式的结果，且要完成一次有效的工作量证明，需经过一连串地尝试与失败。不过，一旦这个数值被算出来后，其他参与节点也可用相关的数学公式，便能很容易去验证这个值是否有效。
比特币区块链採用Hashcash演算法（杂凑现金演算法）作为工作量证明，让各节点经由POW计算来产生每一个有效的新区块，再经由其他节点验证并接受。
进行POW计算的过程也被称作挖矿，很多人用解一道数学题、或是解一个数独来形容，不过，怎样才是真的算出一个有效的新区块，这些节点到底在算什幺？
由于每个区块中Block Header会包含许多固定的值，其中只有Nonce值为一随机值，因此每个节点进行POW计算时要算的就是，藉由不断替换这个Nonce值，来让这个区块的Block Header Hash值，小于一个被设定好的难度目标值（Difficulty Target），至于为什幺要小于这个目标值，则是因为这个难度值意味着每个区块在理论上应该要被产生完成。
这里提到的难度值（Difficulty）是指，节点要运算出低于困难度目标值的Hash值，平均需花多久时间，也就是平均要完成一次POW的时间。而比特币区块链目前设定为，大约每10分钟会有节点成功算出新的区块，不过这10分钟只是基于理论值，实际每个新区块产生的时间，有可能只需要17秒（第407062个区块的实际产生时间），也有可能需要20分钟以上（第407068个区块的实际产生时间）。
Difficulty可动态调整，目前每产生2016个区块会调整一次难度，以每10分钟产生一区块估算，大约是每两周会调整一次Difficulty。 由于POW具有一定的难度，因此无法预期哪个运算节点可以最快算出新区块，藉此来确保交易验证的公正性。
关键技术 2每笔交易採椭圆曲线数位签章演算法加密
比特币区块链便採用椭圆曲线数位签章演算法（ECDSA），与另一种RSA演算法，都属于公开金钥加密演算法（Public Key Cryptography），公开金钥加密技术在1970年代被发明，也称为双金钥密码安全系统，每个使用者会拥有公开金钥（Public Key）与私密金钥（Private Key）这两把钥匙，公开金钥可让其他人知道，而私密金钥则只有本人知道。当A要传送一笔讯息或交易给B时，需使用B的公开金钥来将这份交易加密，而这这个加密过的讯息或交易，只有使用B的私密金钥才能解开。
在比特币区块链中，比特币区块链便採用椭圆曲线数位签章演算法，每一个比特币区块链中的节点使用者，会同时拥有这两把金钥，以及一次性使用的比特币位址（Address），公开金钥可让区块链网络中的其他人知道，而私密金钥则须自行保管，可用来接收货币、进行电子签章或是发送货币，而Address就像电子邮件一样可用来当作存取比特币的地址，使用者可重複取得新的Address，且可以在离线状态下产生，不过，每个Address只能使用一次。
在比特币区块链中，每一枚电子货币被视为一串数位签章，使用者要进行比特币交易时，必须将前一笔交易以及收款方的公开金钥经由Hash产生数位签章，加到电子货币那串数位签章的后方。
RSA加密演算法是一种非对称的加密演算法，利用两个质数作为加密与解密用的两把钥匙，金钥长度约在40个位元到1024位元。不过比特币所採用的ECDSA能算出更短的金钥长度，也就是能够使用相对较少的资源，做到与RSA相同的安全性。在ECDSA演算法中，由私密金钥算出公开金钥很容易，但要从公开金钥推回私密金钥却很困难。
关键技术 3Hashcash演算法及多种Hash函数确保资料不被窜改
前面提到比特币区块链採用Hashcash演算法来进行工作量证明，Hashcash可将任意长度的资料经由Hash函数转换为一组固定长度的代码，原理是基于一种密码学上的单向杂凑函数 (One Way Hash Function)，这种函数很容易被验证，但是却很难破解，还回推出原本的值。先前Hashcash演算法也被用来做阻挡垃圾邮件的机制。
常使用的单向杂凑函数包括MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-384及SHA-512等，MD5的Hash值长度为128位元，虽然广为使用，但因长度不够较容易破解，SHA-1的Hash值长度有160位元，虽比MD5好但仍然不够安全，因此美国国家安全局（NSA）又提出多种更複杂的SHA-2演算法，包括224、256、384、512位元长度的Hash值算法。
Hashcash最早在1997年由Adam Back提出，并于2002 正式发表一篇描述杂凑现金系统的论文。比特币区块链採用Hashcash来建立一套几乎无法被窜改的电子现金系统，每个区块的Block Header都会被Hash成一串很难被回推的代码后，放进下一个区块中，来确保区块的正确性。
关键技术 4经由Merkle Tree将大量讯息缩短成一个Hash值
在比特币区块链中，每笔交易产生后，都已经被Hash成一段代码才广播给各节点，不过这样做还不够，因为在各节点的区块中，可能包含数百笔到数千笔的交易，因此，为节省储存空间并减少资源耗费，比特币区块链的设计原理採用Merkle Tree机制，让这些数百到数千笔的交易Hash值，经由两两一组形成一个新Hash值的方式，不断重複进行，直到最后产生一组最终的Hash值，也就是Merkle Tree Root，这个最终的Hash值便会被记录到Block Header中，只有32 Bytes的大小。Merkle Tree机制可大幅减少资料传输量与运算资源消耗，验证时，只需验证这个Merkle Tree的Root值即可。
关键技术 5用时间戳伺服器（Timestamp Server）确保区块序列
比特币採用时间戳伺服器机制（Timestamp Server），将每个区块Hash后加上一个时间戳（Timestamp）并发布出去，这个时间戳用来证明资料在特定时间的有效性，每一个时间戳章会与前一个戳章一起进行Hash，这个Hash值会在与下一个时间戳章进行Hash，因此而形成一个用来确保区块序列的链条。
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