比特币挖矿本质就是通过SHA‑256双重哈希运算完成工作量证明，争夺新区块记账权，同时完成交易打包、账本同步与新币发行的整套技术过程，整个流程没有捷径，只能依靠矿机进行海量暴力计算来寻找符合条件的随机数。矿工最先完成有效工作量证明，就可以把内存池里等待确认的交易打包进新区块，广播至全网，被其他节点验证通过之后，区块正式上链，矿工拿到区块奖励加上区块内所有交易的手续费收益。挖矿并不是简单的数字运算游戏，而是比特币网络安全防护的核心，庞大的算力成本让篡改历史区块数据几乎不可能实现，以此保障整条区块链账本的不可篡改。
挖矿第一步就是收集交易数据，矿工节点持续监听比特币网络广播出来的转账交易，将未确认交易存入本地内存池，一般会优先挑选手续费较高的交易打包，以此提升收益。随后矿工开始组装候选区块，区块分为区块头和区块体两个部分，区块体内存放打包好的交易清单，区块头仅有80字节，包含版本号、上一个区块哈希值、默克尔根、时间戳、难度目标值nBits以及随机数Nonce六项核心字段。默克尔根是区块内所有交易经过哈希运算后生成的唯一摘要，只要区块里任意一笔交易发生改动，默克尔根数值就会完全变化，以此保证交易数据无法被暗中修改。
挖矿最核心的算力竞争环节，就是不断变换Nonce数值，对80字节的区块头执行两次SHA‑256哈希计算，生成一个256位哈希值，对比该数值是否小于全网当前难度目标值。Nonce是一个32位随机数字，最多仅有42亿左右的取值空间，当Nonce全部遍历完毕依旧找不到有效哈希时，矿工就会修改币基交易内的Extra‑Nonce，改变默克尔根，开启新一轮哈希搜索循环。SHA‑256属于单向哈希函数，不存在反向推导答案的办法，矿工只能一遍一遍试算，每秒能够完成的哈希次数就是算力，ASIC矿机就是专门为高频次SHA‑256运算打造的专用硬件，相比CPU、GPU挖矿效率高出数万倍。
难度自动调整机制是比特币挖矿体系中十分关键的技术细节，系统目标是维持全网平均十分钟产出一个新区块，每挖出2016个区块，大约两周时间，网络就会根据过去这段时间实际出块时长，自动更新下一轮挖矿难度目标值。如果全网算力上涨，出块速度变快，难度就会上调，哈希结果需要匹配更多前置零；算力下滑，出块变慢，难度则会降低。难度数值通过nBits字段压缩存储在区块头当中，全网所有节点都可以独立校验难度是否合规，不需要中心化机构管控调整，这也是比特币去中心化运行的重要体现。当一名矿工算出有效区块之后，全网其余节点只需要单次哈希运算，一秒内就能完成区块验证，不需要重复进行海量算力运算，验证成本极低。
