比特币挖矿的过程是验证交易并生成新区块以维护其去中心化网络运行的核心机制。这一活动不仅是新比特币进入流通领域的唯一方式，更是确保比特币网络安全性、不可篡改性与交易记录完整性的基石。矿工们通过贡献计算能力来解决复杂的密码学难题，从而在竞争中获得记账权与相应的奖励，整个过程巧妙地融合了密码学、博弈论与经济学原理。
比特币挖矿的核心是工作量证明机制。矿工需要收集比特币网络中广播的待确认交易，将它们验证并打包成一个候选区块。这个区块包含一个由多个关键字段组成的区块头，如前一个区块的哈希值、交易信息的默克尔树根以及一个称为随机数的可变字段。矿工的任务就是不断改变这个随机数，并对整个区块头进行特定的哈希运算，目标是找到一个满足网络当前难度要求的哈希值。这个计算过程就像是在进行一场全球性的数字彩票，需要消耗巨大的计算资源进行海量的猜测，但结果的验证却极其简单高效。第一个找到有效随机数的矿工，就获得了将新区块添加到区块链上的权利。
挖矿的激励机制是驱动整个网络运转的动力。成功挖出一个新区块的矿工会获得两部分奖励：一是系统新生成的一定数量的比特币，这被称为区块奖励；二是该区块内所有交易附带的手续费。区块奖励遵循预设的减半机制，大约每四年减半一次，这使得比特币的总量最终将恒定在2100万枚。区块奖励的递减，交易手续费将逐渐成为矿工收入的主要来源。这种设计既在早期激励了网络的参与和建设，又为网络的长期可持续发展提供了经济模型。
由于全网算力极为庞大，个人独立挖矿获得奖励的概率极低且收入极不稳定。大多数矿工会选择加入矿池。矿池将众多参与者的算力汇聚在一起，形成一个强大的计算集体，共同参与区块的挖掘竞争。一旦矿池成功挖出区块，获得的奖励会根据每个矿工贡献的计算能力比例进行分配。这种方式平滑了矿工的收益曲线，使得个体矿工即使算力有限，也能获得相对稳定、可预期的回报，降低了参与门槛和波动风险。
首要的挑战来自于动态调整的挖矿难度。比特币网络会定期根据全网的总算力水平自动调整哈希难题的难度，目标是维持平均每10分钟产生一个新区块的节奏。这意味着，当更多矿工和更高效的设备加入网络时，挖矿难度会上升，维持相同的产出需要投入更多的计算资源。主要的成本则体现在高昂的电力消耗和专业硬件设备的购置与维护上。运行矿机，特别是专门的ASIC矿机，需要持续稳定的电力供应和有效的散热方案，这使得电费成本成为影响挖矿盈利能力的决定性因素之一。
