Биткойн использует P2P (peer-to-peer) сетевую архитектуру, основанную на Интернете, что означает, что каждый компьютер в одной сети является равноправным, и каждый узел вместе 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 используя услуги, предоставляемые другими узлами в сети; поэтому P2P-сети надежны, децентрализованы и открыты. Ранний Интернет является типичным примером использования P2P-сетевой архитектуры: узлы в IP-сети полностью равноправны. Современная архитектура Интернета имеет иерархическую структуру, но протокол IP сохраняет плоскую топологию. За пределами Биткойна, самым большим и успешным применением P2P-технологии является область обмена файлами: Napster является пионером в этой области, а BitTorrent — последняя эволюция его архитектуры.
P2P-сетевая архитектура, 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 является основным принципом проектирования, и его можно достичь только путем поддержания плоской, децентрализованной P2P-сети консенсуса.
«Сеть Биткойна» — это совокупность узлов, работающих по P2P-протоколу Биткойна. Помимо P2P-протокола Биткойна, в сети Биткойна существуют и другие протоколы. Например, протокол Stratum используется для майнинга, а также для легковесных или мобильных биткойн-кошельков. Серверы маршрутизации шлюзов предоставляют эти протоколы, используют P2P-протокол Биткойна для доступа к сети Биткойна и расширяют сеть на различные узлы, работающие по другим протоколам. Например, Stratum-сервер соединяет все Stratum-майнинговые узлы с основной сетью Биткойна через протокол Stratum и связывает 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.