Биткойн использует сетевую архитектуру P2P (peer-to-peer), основанную на Интернете, что означает, что каждый компьютер в одной сети является равноправным узлом, и каждый узел совместно предоставляет сетевые услуги без каких-либо «особых» узлов. Каждый сетевой узел соединен друг с другом по «плоской» топологии. В P2P-сети нет серверов, централизованных служб или иерархии: каждый узел предоставляет услуги внешнему миру, одновременно пользуясь услугами, предоставляемыми другими узлами в сети; таким образом, P2P-сети являются надежными, децентрализованными и открытыми. Ранний Интернет является типичным примером использования архитектуры P2P-сети: узлы в IP-сети полностью равноправны. Современная архитектура Интернета имеет иерархическую структуру, но IP-протокол сохраняет плоскую топологию. Помимо Биткойна, крупнейшим и наиболее успешным применением P2P-технологии является обмен файлами: Napster является пионером в этой области, а BitTorrent — последняя эволюция его архитектуры.
Архитектура P2P-сети, используемая Биткойном, — это больше, чем просто выбор топологии. Биткойн был разработан как система цифровых наличных денег peer-to-peer, и его сетевая архитектура является как отражением, так и краеугольным камнем этой основной характеристики. Децентрализованное управление — это основной принцип проектирования, и его можно достичь только путем поддержания плоской, децентрализованной консенсусной P2P-сети.
«Сеть Биткойна» — это совокупность узлов, работающих в соответствии с P2P-протоколом Биткойна. Помимо P2P-протокола Биткойна, сеть Биткойна также содержит другие протоколы. Например, протокол Stratum используется для майнинга, а также для легковесных или мобильных биткойн-кошельков. Серверы шлюзовой маршрутизации предоставляют эти протоколы, используют P2P-протокол Биткойна для доступа к сети Биткойна и расширяют сеть на различные узлы, работающие с другими протоколами. Например, Stratum-сервер подключает все майнинговые узлы Stratum к основной сети Биткойна через протокол Stratum и объединяет протокол Stratum с P2P-протоколом Биткойна. Мы используем термин «расширенная сеть Биткойна» для обозначения общей сетевой структуры, которая включает P2P-протокол Биткойна, протокол майнинга майнингового пула, протокол Stratum и другие протоколы, связанные с соединением компонентов системы Биткойна.