比特币挖矿是通过算力竞争验证交易并创建新区块的过程，而区块链则通过分布式账本和密码学技术实现交易的透明、不可篡改记录。这两个过程共同构成了比特币网络的核心运作机制，确保了去中心化系统的安全性和可靠性。
一、比特币挖矿：算力竞争与区块创建的核心机制
1. 挖矿的本质：工作量证明（PoW）的实践
比特币挖矿是矿工通过计算算力竞争验证交易合法性、创建新区块并维护区块链账本的过程，其核心是工作量证明（PoW）机制。矿工需要解决一个复杂的数学难题——找到一个随机数（Nonce），使得区块头的哈希值满足系统设定的难度条件（如前N位为0）。这个过程无法通过捷径完成，必须依赖算力 brute-force 尝试，因此被称为“工作量证明”。
2. 挖矿的完整流程
- 交易收集与验证：矿工首先从网络中收集未确认的交易（Unconfirmed Transactions），并验证其合法性（如 sender 账户余额是否充足、数字签名是否有效）。
- 区块构建：合法交易被整合为“交易池”，矿工从中筛选交易（通常优先选择手续费较高的交易），并构建候选区块。区块包含区块头（版本号、前一区块哈希、Merkle根、时间戳、难度目标、Nonce）和区块体（交易列表）。
- 算力竞争与哈希计算：矿工通过调整Nonce值反复计算区块头的SHA-256哈希值，直到找到满足难度目标的哈希（如前32位为0）。这一过程依赖ASIC矿机（专用集成电路）的算力支持，2025年主流矿机如比特大陆Antminer S21的算力已达300 TH/s以上，能源效率提升至15 J/TH以下。
- 区块广播与共识确认：一旦矿工找到符合条件的哈希，新区块会被广播至全网。其他节点验证区块合法性（哈希是否达标、交易是否有效）后，将其添加到本地区块链副本，完成“共识确认”。矿工则获得区块奖励（2024年减半后为3.125 BTC）和交易手续费作为激励。
3. 挖矿的关键要素
- 挖矿难度：系统每2016个区块（约14天）自动调整难度，确保出块时间稳定在10分钟左右。2025年比特币挖矿难度已突破50万亿，较2020年增长超10倍，反映全网算力的持续提升。
- 矿池与去中心化：由于个体算力难以竞争，矿工通常加入矿池（如F2Pool蚂蚁矿池、Binance Pool）联合挖矿，按贡献算力分配奖励。但矿池也带来中心化风险——2025年头部矿池算力占比仍需控制在51%以下，以避免“双花攻击”。
- 能源消耗与效率：尽管争议持续，但2025年比特币挖矿的可再生能源占比已提升至45%，部分矿场利用闲置能源（如天然气伴生发电、水电站弃水），能源效率较2020年提升60%。
二、区块链记录交易：分布式账本与密码学的协同
1. 区块链的本质：链式存储的分布式账本
区块链是由区块按时间顺序链接而成的分布式账本，每个区块记录一段时间内的交易数据，并通过密码学哈希与前一区块绑定，形成不可篡改的链式结构。全网节点各自维护一份完整账本副本，确保数据去中心化存储。
2. 交易记录的完整流程
- 交易发起与广播：用户通过钱包软件发起交易，包含 sender 公钥、recipient 公钥、转账金额、数字签名（用 sender 私钥生成）等信息，交易被广播至比特币网络。
- 交易验证与打包：矿工验证交易合法性后，将其纳入区块。为高效验证交易完整性并节省存储空间，区块体中的交易通过Merkle树结构整合——所有交易哈希逐层向上哈希，最终生成一个唯一的“Merkle根”，写入区块头。
- 区块链接与账本更新: 新区块生成后，其区块头包含前一区块的哈希值，通过哈希指针与历史区块形成链式结构。全网节点验证新区块后，同步更新本地账本，实现交易的“链上确认”。通常，交易经过6个区块确认（约60分钟）后，被视为不可逆转。
3. 区块链记录交易的核心特点:
- 不可篡改性：若修改某一区块的交易数据，其哈希值将改变，导致后续所有区块的哈希链断裂，需重构后续所有区块才能蒙混过关，而全网算力的去中心化分布使这一攻击成本极高（需控制51%以上算力）。
- 透明与匿名的平衡：交易记录公开可查（任何人可通过区块链浏览器查看地址间的转账记录），但地址与真实身份无直接关联，实现“ pseudonymity（伪匿名）”。
- 分布式账本：账本存储于全球数万节点，无中心化服务器，避免单点故障或篡改风险。
三、挖矿与区块链的协同：安全与效率的动态平衡
挖矿是区块链记录交易的“安全保障”——通过算力竞争，矿工确保只有合法交易被打包进区块，而区块链的链式结构和分布式存储则确保交易记录的透明与不可篡改。2025年，随着ASIC矿机能效提升和Layer 2协议（如闪电网络）的普及，比特币网络在保持安全的同时，交易处理效率也在逐步优化，进一步巩固了其去中心化价值存储的地位。
从本质上看，挖矿是区块链“物理世界算力”与“数字世界规则”的桥梁，而区块链记录交易则是这一桥梁的最终产物——一个由全网共同维护、不可篡改的去中心化账本。两者的协同，正是比特币从概念走向全球价值网络的核心支撑。