比特币挖矿本质是通过算力竞争完成区块链账本的记账与出块，同时矿工获得区块奖励与交易手续费作为收益，这一过程依托密码学哈希算法、分布式共识机制共同运转，是比特币网络维持去中心化运行的核心支撑。比特币采用工作量证明共识机制，所有参与挖矿的节点需要不断求解一个加密数学难题，最先算出符合条件答案的矿工就能获得新区块的记账权，同时打包全网待确认的交易信息写入区块，再同步到整个比特币网络中，全网节点核对无误后该区块就正式上链，后续交易都会基于这个新区块继续延展。挖矿的核心运算对象是SHA-256哈希函数，这个算法的特点是输入任意长度的字符串都会输出固定256位的十六进制字符串，且结果具备不可逆、碰撞难度极高的特性，比特币网络会提前设定区块哈希值必须小于全网动态调整的目标阈值，这个阈值会随着全网算力变化自动调节，保证平均每10分钟产出一个新区块，不管全网算力提升还是下降，出块时间都能维持在稳定区间，避免通胀节奏失控。
矿工参与挖矿的第一步会收集全网内存池里未确认的转账交易，剔除违规交易后把合规交易打包整理，再加上前一个区块的哈希值、随机数、时间戳、难度值等信息组成区块头，随后矿工不断更改区块头里的随机数，反复进行SHA-256双重哈希运算，直到算出的哈希结果满足全网难度要求。这个不断试算随机数的过程就是消耗算力的核心环节，早期矿工可以用普通CPU完成运算，随着参与人数增多全网算力暴涨，CPU算力完全无法跟上竞争节奏，后续逐步升级为GPU、专业矿机ASIC，ASIC矿机针对SHA-256算法做了硬件专属优化，算力密度和能耗比远高于普通硬件，也是当下比特币挖矿的主流设备。挖矿的收益构成分为两部分，一是区块奖励，比特币初始每个区块奖励50枚比特币，每产出21万个区块奖励就会减半一次，历史上已经经历三次减半，当前区块奖励为6.25枚比特币，后续还会持续减半，直到总量趋近于2100万枚上限；二是交易手续费，用户发起转账时支付的手续费会全部归记账矿工所有，随着区块奖励逐步递减，手续费会成为矿工未来的主要收入来源。
全网难度调整是保障挖矿秩序的关键机制，比特币协议规定每2016个区块就会重新测算全网算力，以此调整哈希目标阈值，如果算力大幅上涨，解题难度就会同步提升，算力下降则难度降低，以此锚定10分钟的平均出块速度。挖矿过程中不存在中心机构管控，所有矿工平等参与算力竞争，记账权完全依靠算力随机分配，这也保障了比特币去中心化的特性，只要全网超过51%的算力不被单一主体掌控，网络就不会被恶意篡改。同时挖矿会消耗大量电力，矿机24小时不间断运行进行哈希运算，电力成本也是矿工最核心的支出之一，这也让比特币挖矿的能耗问题长期受到行业内外讨论，不同地区电价差异直接决定了矿工的盈利空间，电价低廉的地区往往会聚集大量挖矿算力。
挖矿完成出块后，新区块会被广播到全网所有节点，全节点会独立验证区块哈希是否合规、交易是否有效，全部验证通过后才会认可该区块，一旦有矿工试图造假交易、篡改账本，生成的区块哈希就无法通过全网验证，自然得不到记账奖励，这也是比特币账本不可篡改的底层逻辑。单个矿工算力占比极低的情况下，单独挖出区块的概率微乎其微，因此大部分矿工会加入矿池，把自身算力汇聚在一起共同参与竞争，挖到区块后矿池按照矿工贡献的算力比例分配收益，这种模式降低了个人挖矿的门槛，也让算力分布更加分散。比特币挖矿的整个流程完全依靠代码协议自动执行，没有人为干预空间，减半规则、难度调整、出块时间都是写死在底层代码中，这也是比特币能够稳定运行十余年的重要基础。
