Privatni ključ bitcoin adrese (engleski: private key) je niz od 52 brojeva i slova koji omogućava slanje bitcoina sa neke bitcoin adrese.
Iz privatnog ključa je moguće izračunati bitcoin adresu, no, iz bitcoin adrese nije moguće izračunati privatni ključ. Privatni ključ koristi se pri kreiranju transakcije – pomoću njega osoba potvrđuje da je upravo ona vlasnik određene adrese. Stoga možemo reći da bitcoini na nekoj adresi pripadaju osobi koja posjeduje privatni ključ za tu adresu.
Privatni ključ koristi se pri kreiranju transakcije. Autor transakcije (pošiljatelj bitcoina) transakciju potpisuje svojim “digitalnim potpisom” koji svim članovima bitcoin mreže dokazuje da on posjeduje privatni ključ za tu adresu bez da ostalim članovima mreže otkrije kako taj ključ glasi.
Privatni ključ je jedini način da osoba potvrdi da je upravo ona vlasnik određene bitcoin adrese. Stoga, ako vlasnik adrese izgubi privatni ključ, on više ne može kreirati transakciju sa te adrese i ti bitcoini su zauvijek izgubljeni. Gubitak privatnog ključa u praksi znači gubitak svih bitcoina na nekoj adresi.
Nova bitcoin adresa stvara se tako da se odabere novi privatni ključ, te se zatim izračuna njegova pripadajuća adresa. Iz privatnog ključa je moguće izračunati bitcoin adresu, no, iz bitcoin adrese nije moguće izračunati privatni ključ. Za ovaj postupak nije potrebna veza na internet, dovoljno je nasumično izabrati jedan privatni ključ i iz njega izračunati adresu. Ovaj postupak na računalu traje djelić sekunde i nova adresa odmah je spremna za primanje bitcoina.
Kada bi broj mogućih privatnih ključeva bio malen, tada bi postojala mogućnost da pomoću ovog procesa dvije osobe slučajno odaberu isti privatni ključ i tako dobiju istu adresu. No, broj mogućih adresa jednak je 1461501637330902918203684832716283019655932542976 (broj od 49 znamenki). Ovaj broj usporediv je sa brojem svih atoma na planetu Zemlji i u njenoj unutrašnjosti (broj sa 51 znamenkom), što je nepojmljivo velik broj. Primjerice, vjerojatnost da sa jednom kombinacijom dobijete jack-pot na lotu 6/45 je 1 naprema 8 milijuna, što je broj sa 9 znamenaka. Stoga je vjerojatnost da dvije osobe izaberu isti privatni ključ skoro nepostojeća.
Korisnici bitcoin sustava najčešće ne dolaze u doticaj sa privatnim ključevima jer sav potreban posao oko ključeva obavljaju novčanici. Bitcoin novčanik održava popis privatnih ključeva koji pripadaju adresama koje taj novčanik kontrolira i vlasnik novčanika u praksi uopće ne mora znati kako glase privatni ključevi koji pripadaju adresama u njegovom novčaniku.