一般來說，區(qū)塊鏈系統(tǒng)由自下而上的數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成，基本架構如圖所示，該模型中，基時間戳的鏈式區(qū)塊結構、分布式節(jié)點的共識機制、基于共識機制的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區(qū)塊鏈技術最具代表性的創(chuàng)新點，其中數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡層和共識層是構建區(qū)塊鏈應用的必要元素，否則將不能稱為真正意義上的區(qū)塊鏈。而激勵層、合約層和應用層則不是每個區(qū)塊鏈應用的要素，有部分的區(qū)塊鏈應用并不完整地包含著這些層結構。

數(shù)據(jù)層：

數(shù)據(jù)層是區(qū)塊鏈的核心部分，區(qū)塊鏈技術本質上是一種數(shù)據(jù)庫技術和分布式賬本，是由包含交易信息的區(qū)塊從后向前有序連接起來的一種數(shù)據(jù)結構。數(shù)據(jù)層封裝了底層數(shù)據(jù)區(qū)塊以及相關的數(shù)據(jù)加密和時間戳等基礎數(shù)據(jù)和基本算法，這是整個區(qū)塊鏈技術中最底層的數(shù)據(jù)機構，其中大多數(shù)技術都已被發(fā)明數(shù)十年，并在計算機領域使用了很久，無須擔心其中的安全性，因為如果這些技術出現(xiàn)安全性上的巨大漏洞，則意味著全球金融技術都會出現(xiàn)嚴重的問題。該層涉及的技術主要包括：區(qū)塊結構、 Merkle樹、非對稱加密、時間戳、數(shù)字簽名和哈希函數(shù)等。

區(qū)塊結構

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡中，所有的數(shù)據(jù)都以區(qū)塊的形式被永久記錄，而每個區(qū)塊又以單獨的文件保存在各個節(jié)點本地磁盤上。區(qū)塊結構如圖所示，由區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分組成。一個區(qū)塊由三類元數(shù)據(jù)組成，一類是引用前一區(qū)塊的哈希值數(shù)據(jù)，用于與其進行連接；類包括難度值、時間戳和隨機數(shù)，與工作量證明算法（挖礦競爭）相關；還有一類是 Merkle根，區(qū)塊體中 Merkle樹的根節(jié)點。部分數(shù)據(jù)項列表如圖所示，包括被稱為“魔法數(shù)”的常數(shù)0xD9B4BEF9、區(qū)塊大小、區(qū)塊頭、區(qū)塊所包含的交易數(shù)量及部分或所有的近期新交易等。

區(qū)塊數(shù)據(jù)項列表

區(qū)塊頭封裝了當前版本號、前一區(qū)塊哈希值、時間戳、隨機數(shù)、當前區(qū)塊的目標哈希值、 Merkle樹的根值等信息，以比特幣為例，區(qū)塊頭是80字節(jié)，包括 PrevBlock、 MerkleRoot、 Nonce、 TimeStamp、Bits等字段，如圖所示

區(qū)塊頭結構描述

區(qū)塊體中則主要包含此區(qū)塊中所有的交易信息。區(qū)塊體中的 Merkle樹將會對每一筆交易進行數(shù)字簽名，確保每一筆交易都不可偽造且沒有重復交易。所有交易將通過 Merkle樹的Hash過程產生一個唯一的 Merkle根值記入?yún)^(qū)塊頭。

每一個區(qū)塊對應著兩個值來識別區(qū)塊：區(qū)塊頭哈希值和區(qū)塊高度。每一個區(qū)塊都會有一個區(qū)塊頭哈希值，這是一個通過SHA256算法對區(qū)塊頭進行二次哈希計算而得到的32字節(jié)的數(shù)字指紋。例如，比特幣的第一個區(qū)塊的頭哈希值0019d6689085ae16583le934ff763ae46a2a6c72b3fb60a8ce26f區(qū)塊頭哈希值可以唯一標識區(qū)塊鏈上的區(qū)塊，并且任何節(jié)點通過對區(qū)塊頭進行簡單的哈希計算都可以得到該區(qū)塊頭的哈希值區(qū)塊頭哈希也包含在區(qū)塊的整體數(shù)據(jù)結構中，但是區(qū)塊頭的數(shù)據(jù)和區(qū)塊體的數(shù)據(jù)并不一定一起存儲，為了檢索效率起見，在實現(xiàn)中可以將二者分開存儲。除了通過頭哈希值來識別區(qū)塊，還可以通過區(qū)塊高度來對區(qū)塊進行識別。與頭哈希值不同的是，區(qū)塊高度并不能唯一地標識一個區(qū)塊。由于區(qū)塊鏈存在著分叉情況，所以可能存在2個或2個以上區(qū)塊的區(qū)塊高度相等。

區(qū)塊結構

 PrevBlock：每一個區(qū)塊都有一個名字，即區(qū)塊ID，區(qū)塊ID=SHA256（區(qū)塊頭信息），而 PrevBlock 就是當前區(qū)塊的上一個區(qū)塊的ID，即當前區(qū)塊的產生是基于上一個區(qū)塊的ID建立的。顯然，對于當前區(qū)塊而言， PrevBlock是已知的。

 MerkleRoot：Merkle樹是一種哈希二叉樹，使用它可以快速校驗大規(guī)模數(shù)據(jù)的完整性。在比特幣網(wǎng)絡中，使用Merkle Tree這種算法和數(shù)據(jù)結構，將當前區(qū)塊所有交易記錄最終壓縮和歸納成一個統(tǒng)一的哈希值，即 Merkle根值（Merkle Root）。這個計算過程詳見 Merkle樹相關內容，顯然Merkle Root根據(jù)已知的交易記錄可輕易得到，并且結果明確，區(qū)塊體中任何一筆交易記錄的改變都會使得區(qū)塊頭中的 MerkleRoot發(fā)生翻天覆地的改變。 

Difficulty＆bits：難度（ Difficulty）是對實現(xiàn)某給定目標難易程度的量化表征，比如說擲骰子，可以規(guī)定擲到小于等于數(shù)字6的難度為1，顯然這幾乎是沒有任何難度的，100％會擲到一個數(shù)字滿足這個條件；擲到小于等于3的難度就是4，小于等于1的難度則是6。比特幣協(xié)議中也有類似的規(guī)則，首先定義了一個64位的十六進制常數(shù)，在當時全網(wǎng)算力的條件下，10分鐘左右的哈希運算會找到一個數(shù)字小于等于這個整數(shù)。作為比特幣的締造者，規(guī)定了那個時間點、全網(wǎng)擁有的算力找到那個數(shù)字的難度是1；后續(xù)以此為標準，根據(jù)變化中的全網(wǎng)算力，動態(tài)調整一個與之匹配且成正比的 Difficulty難度值，來盡可能保證全網(wǎng)10分鐘運算找到符合要求的數(shù)字。調整的周期約每兩周一次，即每2016個區(qū)塊被挖出來之后就調整一次 Difficulty值。

Bits：是 Difficulty與對應的另外一種數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式兩者本質上具有相同含義。因此，當全網(wǎng)算力已知， Difficulty和Bits即可由之確定。 

Nonce：從0到N，一個只使用一次的隨機數(shù)，用于實現(xiàn)工作量證明算法。 

TimeStamp：當前區(qū)塊產生的近似時間戳，在一個中心化的區(qū)塊鏈世界里，這個時間戳是根據(jù)產生該區(qū)塊節(jié)點相關聯(lián)的其他節(jié)點的時間戳求平均后計算得到，不完全等同于國際標準。