Электронная монета определяется как цепочка цифровых подписей. Каждый владелец передаёт монету следующему, подписывая хэш предыдущей транзакции и открытый ключ следующего владельца, добавляя всё это в конец монеты. Получатель может проверить подписи, чтобы подтвердить цепочку владения.
Проблема в том, что получатель не может убедиться, что один из предыдущих владельцев не потратил монету дважды. Общим решением является введение доверенного центра — «монетного двора», проверяющего каждую транзакцию. Но тогда судьба всей системы зависит от этой компании, и каждая транзакция должна проходить через неё, как через банк.
Нам нужен способ, чтобы получатель знал, что предыдущие владельцы не подписали более ранние транзакции. Для этого все транзакции должны быть публично объявлены, и участники должны договориться об единой истории их поступления.

3. Сервер меток времени

Решение начинается с сервера меток времени. Он берёт хэш блока данных и публикует его, например в газете или Usenet. Метка доказывает, что данные существовали в тот момент. Каждая новая метка включает предыдущую в свой хэш, образуя цепочку и усиливая достоверность предыдущих.

4. Доказательство выполнения работы (Proof-of-Work)

Чтобы реализовать распределённый сервер меток времени, используется система Proof-of-Work, подобная Hashcash. Требуется найти такое значение, при котором хэш (SHA-256) начинается с определённого количества нулевых бит. Средняя сложность экспоненциальна по числу нулевых бит и легко проверяется одним хэшированием.
Изменить блок можно только переделав всю работу. При добавлении последующих блоков переработать все их становится вычислительно невозможным.
Proof-of-Work также решает проблему представительства в принятии решений. В отличие от схемы «один IP — один голос», которую можно обойти, Proof-of-Work основан на принципе «один CPU — один голос». Большинство выражается самой длинной цепочкой. Если честные узлы обладают большинством мощности, их цепочка будет расти быстрее и побеждать любые альтернативы.

5. Сеть

Новые транзакции передаются всем узлам.

Каждый узел собирает транзакции в блок.

Каждый узел ищет Proof-of-Work для своего блока.

Найдя его, узел транслирует блок остальным.

Узлы принимают блок только если все транзакции корректны и не потрачены повторно.

Узлы выражают согласие, продолжая строить следующий блок на основе принятого.

Всегда признаётся самой правильной цепочка с наибольшей сложностью. Если возникает разветвление, выбирается более длинная при дальнейшем развитии.

6. Стимулы

Первая транзакция в блоке — это специальная операция, которая создаёт новую монету и принадлежит создателю блока. Это мотивирует поддерживать сеть и распределяет монеты в обращение.
Кроме того, транзакции могут включать комиссии: если сумма входов больше выходов, разница идёт майнеру. Со временем вознаграждение будет формироваться только из комиссий, обеспечивая отсутствие инфляции.

7. Освобождение дискового пространства

Когда транзакции становятся достаточно «глубокими» в цепочке, старые могут удаляться для экономии места. Для этого используется дерево Меркла: в блок записывается только корневой хэш. Старые ветви можно удалять, сохраняя только цепочку хэшей.

8. Упрощённая проверка платежей

Возможно проверить транзакцию без запуска полного узла. Пользователь хранит только заголовки блоков и получает Меркл-ветку для нужной транзакции. Таким образом, он видит, что узлы её приняли, а последующие блоки усиливают подтверждение.
Это менее надёжно, чем полный узел, так как злоумышленник может временно подделать цепочку, но для большинства пользователей такой метод достаточно безопасен.

9. Объединение и разделение стоимости

Транзакции могут содержать несколько входов и выходов. Это позволяет объединять мелкие суммы или разбивать крупные, выдавая сдачу отправителю.