比特币依靠多层密码学算法与工作量证明共识机制搭建去中心化分布式账本，核心运行逻辑依托SHA-256哈希算法、ECDSA椭圆曲线签名算法、Merkle树数据结构以及PoW工作量证明体系协同运转，依靠全球分布式节点自主完成交易验证、区块打包、账本同步，彻底脱离第三方金融机构即可实现点对点价值转移，整套算法体系既定义了比特币的发行规则，也构筑了网络抗攻击、防篡改的安全壁垒。
比特币整套运作流程以P2P对等网络为载体，用户发起转账时会依托ECDSA非对称椭圆曲线算法生成专属私钥与公钥，私钥仅持有者个人保管，用于对交易数据进行数字签名，全网节点可凭借公开的公钥校验签名真伪，以此确认交易发起者具备资产所有权，这套加密体系直接杜绝了他人冒充身份发起转账的可能性。和传统账户记账模式不同，比特币采用UTXO未花费交易输出模型记录资产变动，每一笔转账都会消耗过往交易生成的未花费输出，同时生成新的资产输出，节点校验交易时会核查对应输出是否已经被使用，从底层机制规避双重支付问题。完成签名的交易经由网络广播至各个节点，校验无误后临时存入内存交易池，等待矿工进行区块打包处理，整个交易发起阶段全部依靠加密算法完成权属校验，不存在人工审核环节。
矿工打包区块与区块链有序延展，则由SHA-256双重哈希算法搭配PoW工作量证明机制主导。比特币区块头部包含上一区块哈希值、Merkle根、时间戳、难度参数、随机数Nonce等核心字段，其中区块内上千笔交易数据会经由Merkle树结构层层哈希运算，最终汇总为单一Merkle根值存入区块头，仅依靠根数值就能快速校验区块内全部交易是否遭到篡改。矿工需要持续迭代修改Nonce数值，对完整区块头部执行两次SHA-256哈希运算，直至最终输出的哈希字符串前置零位数达到全网动态难度标准，率先完成运算的矿工将获得区块打包权限，同时收获区块挖矿奖励与区块内全部交易手续费。网络会按照固定周期自动调整挖矿难度，以此稳定维持平均十分钟产出一个新区块的节奏，即便全网算力出现大幅涨跌，出块速度也不会出现剧烈波动，保障比特币发行节奏可控。
新区块成功算出之后会向全网进行广播，其余节点会依次核验区块哈希数值是否达标、区块内所有交易合规性、链式衔接关系是否准确，全部校验通过后各个节点会将新区块追加至自身本地区块链末端。比特币网络遵循最长链优先的核心共识规则，一旦网络出现区块分叉情况，节点会自动选择区块数量更长的链条作为有效主链，较短分支链条会被自动舍弃，对应分支内未确认交易则重新回流至交易池等待再次打包。
