比特币，作为最知名的加密货币，其“挖矿”一词常常让人联想到传统的矿物开采，比特币挖矿并非物理挖掘，而是一个通过计算能力参与比特币网络交易验证、记录并生成新区块的过程，同时作为奖励，矿工们会获得新产生的比特币和交易手续费，本文将为您详细图解比特币挖矿的核心原理，带您了解这一“数字黄金”是如何被“挖掘”出来的。

比特币挖矿的核心目标：维护网络安全与生成新区块

比特币挖矿的首要目标是维护比特币网络的安全与稳定，通过工作量证明（Proof of Work, PoW）机制，矿工们相互竞争，解决一个复杂的数学难题，从而获得创建新区块的权利，一旦新区块被创建并添加到区块链中,其中的交易记录就被永久确认和不可篡改。

比特币挖矿的主要步骤：图解详解

我们可以将比特币挖矿过程分解为以下几个关键步骤,并通过图解的方式帮助理解：

准备阶段——收集与打包交易

  1. 交易广播：用户发起比特币交易后,该交易会被广播到比特币网络中的各个节点。

  2. 交易池（Mempool）：网络中的节点（包括矿工节点）会将收到的合法交易暂存到一个称为“交易池”的区域。

  3. 打包交易：矿工节点会从自己的交易池中选择一系列交易（通常会选择手续费较高的交易，以最大化收益），将这些交易打包成一个“候选区块”（Candidate Block），这个过程就像将一批待处理的文件整理好,准备存档。

    • 图解示意（简化）：
      [用户A] -> [交易1: A->B, 0.1 BTC] -> [比特币网络]
[用户C] -> [交易2: C->D, 0.05 BTC + 手续费] -> [比特币网络]
[用户E] -> [交易3: E->F, 0.2 BTC + 手续费] -> [比特币网络]
                         |
                         V
[矿工节点] -> [交易池] 包含 交易1, 交易2, 交易3, ...
                         |
                         V
[矿工节点] -> [候选区块] = [区块头 + 交易1 + 交易2 + 交易3 + ...] (选择部分交易)

核心竞争——工作量证明（PoW）与哈希运算

这是挖矿过程最核心、最竞争激烈的阶段。

  1. 区块头（Block Header）：候选区块中，真正需要被矿工进行哈希运算的是“区块头”,区块头包含了以下关键信息：

    • 前一区块的哈希值（Previous Block Hash）：确保区块链的连续性。
    • 默克尔根（Merkle Root）：由候选区块中所有交易哈希值计算得出的一个唯一标识,确保交易的完整性。
    • 时间戳（Timestamp）：记录区块创建的时间。
    • 难度目标（Target / Bits）：网络当前设定的难度系数,决定了哈希运算的难度。
    • 随机数（Nonce）：这是一个矿工可以自由调整的数字，是矿工用来寻找特定哈希值的“钥匙”。

  2. 哈希函数与目标值：

    • 随机配图