比特幣用戶可以開多個比特幣地址，并且地址跟他現實生活中的真實身份也沒有任何聯系，因而具有一定匿名性，被廣泛運用于洗錢和違禁物品交易，不過這一特性實為“偽匿名”，比特幣的交易仍可以追本溯源到交易者本身。比特幣的交易歷史是完全公開的，所有人都可以通過你的錢包地址在區塊鏈中查詢你的錢包現金流入與流出，并可向上追溯至這些比特幣的終極起源，即從區塊生成后發送到的那個地址。這對個人隱私構成了巨大威脅。
比特幣協議為上述問題提供了兩種解決方案：（1）所有的比特幣交易使用公共密鑰，而無須個人身份證明；（2）比特幣客戶端可以生成無數個公共密鑰，以幫助用戶防止跟蹤。
然而，越來越多的研究表明，這些保護措施是不夠的。如果通過一些社會工程學手段，使得某個比特幣錢包的物理地址（如IP地址）暴露，再配以大數據分析，那么，資金的來龍去脈與關系網將無從遁形。在《大數據時代》一書中，作者舉了個例子證明大數據分析的威力：通過對美國在線（AOL）2006年8月公布的2000萬匿名搜索查詢記錄的分析，《紐約書包》發現數據庫中的4417749號樣本代表的是佐治亞州的一名婦女。
德國和瑞士學者的一項研究顯示，約40%比特幣用戶的真實身份可被發現，這其中有些用戶還使用了官方推薦的隱私保護措施。加州大學圣地亞哥分校研究者即將發表的一篇論文中稱，比特幣交易網絡對少數大賬戶的依賴性與日俱增，這使得用戶的身份安全性大大降低。日后，通過大宗交易追蹤到交易者的真實身份將變得容易，這最終可能會使得如今被大量用于洗錢等非法活動的比特幣不再受寵。喬治梅森大學的研究人員發布了一篇涉及到監管比特幣的入門書，書中的評價大大降低了它的匿名性。Vice發表了一篇“描述研究人員成功地把一些比特幣交易去匿名化”的文章，并且第二天一篇類似的文章登上了商業周刊。
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