Có sự khác biệt giữa khi Bitcoin được "công bố" và "ra đời thực sự". Whitepaper Bitcoin được Satoshi Nakamoto công bố vào ngày 31/10/2008 trên mailing list về mật mã học. Tuy nhiên, mạng lưới Bitcoin thực sự hoạt động từ ngày 3/1/2009 khi Satoshi khai thác block đầu tiên (Genesis Block). Block này chứa thông điệp "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks" - một dòng tiêu đề từ tờ báo The Times về cuộc khủng hoảng tài chính, thể hiện động cơ tạo ra Bitcoin như một giải pháp thay thế cho hệ thống tài chính truyền thống.

Bitcoin có giới hạn cứng là 21 triệu đồng tiền, được lập trình sẵn trong code và không thể thay đổi mà không có sự đồng thuận của toàn bộ mạng lưới. Con số này được thiết kế để tạo ra tính khan hiếm tự nhiên, tương tự như vàng trong thế giới thực. Hiện tại đã có khoảng 19.7 triệu Bitcoin được khai thác (tính đến 2024). Việc khai thác sẽ trở nên ngày càng khó và phần thưởng ngày càng ít do cơ chế halving. Dự kiến Bitcoin cuối cùng sẽ được khai thác vào khoảng năm 2140, nhưng 99% tổng số Bitcoin sẽ được khai thác xong trước năm 2030.

Blockchain là một cấu trúc dữ liệu dạng chuỗi các block (khối) được liên kết và bảo mật bằng mật mã học. Mỗi block chứa: (1) Header với hash của block trước đó, (2) Merkle root của tất cả giao dịch, (3) Timestamp và các thông tin khác, (4) Danh sách các giao dịch. Tính chất quan trọng của blockchain là tính bất biến (immutable) - một khi dữ liệu đã được ghi vào block và được mạng lưới xác nhận, việc thay đổi nó là cực kỳ khó khăn. Điều này tạo ra một "sổ cái" minh bạch, có thể kiểm tra được mà không cần cơ quan trung ương.

Mining (khai thác) là quá trình sử dụng sức mạnh tính toán để cạnh tranh giải các bài toán mật mã phức tạp nhằm tạo ra block mới. Cụ thể, các miner phải tìm một giá trị nonce sao cho khi hash toàn bộ block (bao gồm nonce), kết quả sẽ có một số lượng số 0 ở đầu theo yêu cầu của độ khó hiện tại. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều năng lượng và tài nguyên tính toán. Miner đầu tiên tìm được nonce hợp lệ sẽ được quyền thêm block vào blockchain và nhận phần thưởng Bitcoin cùng phí giao dịch. Đây cũng là cách duy nhất để tạo ra Bitcoin mới theo thiết kế của hệ thống.

Satoshi là đơn vị nhỏ nhất của Bitcoin, được đặt theo tên người tạo ra Bitcoin. 1 Bitcoin = 100,000,000 Satoshi (100 triệu Satoshi). Đơn vị này cho phép Bitcoin có thể được chia nhỏ đến 8 chữ số thập phân, làm cho nó phù hợp cho các giao dịch vi mô. Ví dụ: 0.00000001 BTC = 1 Satoshi. Trong thực tế, còn có các đơn vị trung gian khác như mBTC (milibitcoin = 0.001 BTC) và μBTC (microbitcoin = 0.000001 BTC), nhưng Satoshi vẫn là đơn vị cơ bản nhất. Khái niệm này rất quan trọng vì khi giá Bitcoin tăng cao, người dùng có thể giao dịch với số lượng Satoshi thay vì phải mua cả 1 Bitcoin.

Bitcoin sử dụng thuật toán SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) trong nhiều ứng dụng khác nhau. SHA-256 được sử dụng để: (1) Tạo hash cho các block trong blockchain, (2) Tạo địa chỉ Bitcoin từ public key, (3) Thực hiện proof-of-work trong mining, (4) Tạo Merkle tree cho các giao dịch. SHA-256 là một hàm băm một chiều, nghĩa là từ input có thể tính được output nhưng không thể làm ngược lại. Output luôn có độ dài cố định 256 bit (32 byte) bất kể input có độ dài bao nhiêu. Thuật toán này được NSA phát triển và được coi là rất an toàn, chưa có phương pháp nào để "phá" SHA-256 một cách hiệu quả.

Bitcoin được thiết kế để tạo ra một block mới trung bình mỗi 10 phút. Đây là một tham số quan trọng được Satoshi Nakamoto chọn để cân bằng giữa tốc độ giao dịch và tính bảo mật. Hệ thống có cơ chế tự điều chỉnh độ khó (difficulty adjustment) mỗi 2016 block (tương đương khoảng 2 tuần) để duy trì thời gian này ổn định bất kể hashrate của mạng lưới thay đổi thế nào. Nếu các block được tạo ra nhanh hơn 10 phút, độ khó sẽ tăng; nếu chậm hơn, độ khó sẽ giảm. Thời gian 10 phút này cũng cho phép các giao dịch được lan truyền đều trên toàn mạng lưới trước khi block tiếp theo được tạo ra.

Halving là sự kiện được lập trình sẵn xảy ra mỗi 210,000 block (khoảng 4 năm) khi phần thưởng block cho việc khai thác được giảm một nửa. Lịch sử các lần halving: (1) 2012: từ 50 BTC xuống 25 BTC, (2) 2016: từ 25 BTC xuống 12.5 BTC, (3) 2020: từ 12.5 BTC xuống 6.25 BTC, (4) 2024: từ 6.25 BTC xuống 3.125 BTC. Cơ chế này giúp kiểm soát lạm phát và tạo ra tính khan hiếm ngày càng tăng cho Bitcoin, tương tự như việc khai thác vàng ngày càng khó khăn. Halving cũng có tác động đến tâm lý thị trường và thường được xem là một sự kiện quan trọng trong chu kỳ giá của Bitcoin.

Private key (khóa riêng) là một số ngẫu nhiên 256-bit cực kỳ quan trọng trong hệ thống Bitcoin. Nó có các chức năng: (1) Ký số các giao dịch để chứng minh quyền sở hữu, (2) Tạo ra public key tương ứng, (3) Cho phép truy cập và kiểm soát Bitcoin. Private key phải được bảo mật tuyệt đối - "Not your keys, not your Bitcoin". Nếu ai đó có được private key của bạn, họ có thể chuyển hết Bitcoin của bạn mà không cần sự đồng ý. Ngược lại, nếu bạn mất private key, bạn sẽ mất vĩnh viễn quyền truy cập vào Bitcoin. Private key thường được biểu diễn dưới dạng chuỗi 51-52 ký tự bắt đầu bằng '5', 'K' hoặc 'L'.

Merkle Tree là cấu trúc dữ liệu cây nhị phân được sử dụng để tổ chức các giao dịch trong block một cách hiệu quả. Cách hoạt động: (1) Mỗi giao dịch được hash tạo ra "leaf node", (2) Các hash được ghép đôi và hash lại để tạo "parent node", (3) Quá trình lặp lại cho đến khi có một "root hash" duy nhất (Merkle Root). Lợi ích của Merkle Tree: (1) Cho phép xác minh nhanh một giao dịch có trong block hay không mà không cần tải toàn bộ block, (2) Tiết kiệm băng thông và storage, (3) Hỗ trợ SPV (Simplified Payment Verification) cho các ví nhẹ. Merkle Root được lưu trong block header và đại diện cho tất cả giao dịch trong block đó.

Bitcoin sử dụng Proof of Work (PoW) làm cơ chế đồng thuận từ khi ra đời. Trong PoW: (1) Các miner cạnh tranh giải bài toán tính toán phức tạp (tìm nonce để hash block thỏa mãn target), (2) Miner đầu tiên giải được sẽ được quyền thêm block mới và nhận phần thưởng, (3) Các node khác xác minh và chấp nhận block nếu hợp lệ. PoW có ưu điểm: (1) Tính bảo mật cao, đã được thử nghiệm 15+ năm, (2) Khó tấn công do cần 51% hashrate, (3) Hoàn toàn phi tập trung. Nhược điểm: (1) Tiêu thụ nhiều năng lượng, (2) Tốc độ giao dịch chậm. Tuy nhiên, PoW vẫn được coi là cơ chế đồng thuận an toàn nhất cho các mạng blockchain có giá trị lớn.

UTXO (Unspent Transaction Output) là mô hình giao dịch cốt lõi của Bitcoin, khác với mô hình account balance truyền thống. Cách hoạt động: (1) Mỗi UTXO đại diện cho một lượng Bitcoin cụ thể chưa được chi tiêu, (2) Khi tạo giao dịch, UTXO cũ bị "tiêu thụ" và tạo ra UTXO mới, (3) Tổng giá trị UTXO input phải lớn hơn hoặc bằng tổng output (phần chênh lệch là phí giao dịch). Ví dụ: Nếu bạn có UTXO 1 BTC và muốn gửi 0.3 BTC cho ai đó, giao dịch sẽ có 1 input (1 BTC) và 2 output (0.3 BTC cho người nhận + 0.69 BTC trả lại cho bạn, 0.01 BTC là phí). Mô hình này đảm bảo tính minh bạch và khó thao túng.

Nonce (Number Only Used Once) là một số 32-bit (từ 0 đến 4,294,967,295) mà các miner thay đổi trong quá trình tìm kiếm hash hợp lệ cho block. Quá trình mining: (1) Miner lấy dữ liệu block (transactions, previous hash, timestamp, v.v.), (2) Thêm nonce vào và tính SHA-256, (3) Kiểm tra xem hash có thỏa mãn target không (bắt đầu với số lượng số 0 nhất định), (4) Nếu không, tăng nonce lên 1 và thử lại. Với độ khó hiện tại, miner phải thử hàng tỷ giá trị nonce khác nhau. Khi nonce space 32-bit không đủ, miner phải thay đổi các phần khác của block (như timestamp hoặc sắp xếp giao dịch) để có thêm không gian tìm kiếm.

Tiêu đề chính thức của whitepaper Bitcoin là "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System", được Satoshi Nakamoto công bố vào ngày 31/10/2008. Tài liệu 9 trang này mô tả chi tiết cách thức hoạt động của Bitcoin, từ cơ chế digital signatures, timestamps, proof-of-work đến việc ngăn chặn double-spending. Whitepaper này không chỉ giới thiệu Bitcoin mà còn đặt nền móng cho toàn bộ ngành công nghiệp blockchain. Cụm từ "Peer-to-Peer Electronic Cash" thể hiện rõ tầm nhìn của Satoshi: tạo ra một hệ thống tiền mặt điện tử cho phép giao dịch trực tiếp giữa các bên mà không cần trung gian.