比特币挖矿解决什么问题
比特币区块链是一种分布式账本，交易记录由网络中的多个参与者共同保存。挖矿通过工作量证明机制，让参与者以计算成本竞争生成新区块，从而为交易排序并推动账本继续延伸。新区块被网络接受后，历史记录会具备较强的篡改阻力，但这并不意味着任何情况下都绝对无法改变。
矿工的任务包括收集待确认交易、构造候选区块、计算区块头哈希，并将满足条件的区块广播给网络。其他节点会独立检查区块和交易是否符合规则，只有通过验证的区块才可能成为链的一部分。挖矿计算本身不能替代节点验证，找到一个哈希结果也不等于区块必然有效。
从候选区块到有效区块
矿工通常会取得上一新区块的哈希、区块版本、时间、目标值以及待打包交易等信息。交易会经过组织形成默克尔树，树根哈希写入区块头。区块头还包含一个可变化的随机数，矿机不断改变这个数并计算哈希。
网络使用目标阈值判断结果是否合格：哈希结果必须低于当前目标值。目标越低，满足条件的结果越难出现，所需尝试次数通常越多。由于哈希函数具有不可预测性，矿工无法直接推算出成功随机数，只能高速重复尝试。随机数空间用尽后，软件还可以改变币基交易中的额外随机字段，进而生成新的默克尔根，让矿机继续搜索。
当矿机找到符合网络目标的结果，挖矿软件会把区块完整内容提交给节点并向网络广播。节点会检查区块头、工作量证明、交易签名、输入是否重复使用、区块大小和奖励交易等规则。通过验证后，区块才可能被后续区块引用。
独立挖矿与矿池挖矿
独立挖矿由一个参与者自行构造区块并独自承担寻找有效区块的结果波动。如果成功，区块中的区块奖励和交易手续费由其按规则获得；如果长期没有找到区块，则可能一直没有对应收入。这里的收入描述的是协议层面的区块奖励和手续费，不代表经营一定有利润。
矿池把多个矿工的计算能力集中起来。矿池会设置一个比网络目标更容易达到的内部目标，矿机提交达到内部目标的结果，称为份额。份额通常不能直接成为区块，但能够证明矿机完成了一定数量的哈希工作。偶尔有份额同时达到网络目标，矿池便将完整区块提交给网络。
矿池再按照约定的份额统计方式分配区块相关收入。不同矿池的结算规则、手续费、最低支付条件和风险承担方式可能不同，因此参与者需要先理解规则、托管安排和数据记录方式。矿池份额是工作量证明材料，不能单独说明某个区块已被网络接受。
挖矿时需要注意的技术问题
第一是硬件和能耗。比特币挖矿通常依赖专用集成电路矿机，设备性能、功耗、散热、噪声、运行稳定性和维护条件会直接影响实际运行结果。单看计算速度无法判断运行效果，还需要把持续用电、场地、网络、维修和设备折旧等成本纳入评估。
第二是网络延迟和过期区块。矿工在计算期间如果网络已经发布了新的区块，原先基于旧区块头构造的工作可能失去继续使用的意义。矿池需要及时向矿机推送新任务，矿机也要快速切换，否则就会增加无效计算。资料中提到的长轮询和Stratum等机制，目的之一就是减少任务更新的延迟。
第三是区分网络目标与矿池目标。矿池目标主要用于统计份额，网络目标才决定某个结果是否满足区块链共识规则。内部份额越容易达到，提交次数会越多，但这只会影响统计粒度，不能降低网络生成有效区块所需的协议难度。
第四是验证和安全。挖矿软件、节点软件与矿池之间传递的任务必须经过正确处理，区块中的交易也必须由节点验证。矿工应关注软件来源、账户凭据、通信配置和矿池权限，避免因错误配置、恶意软件或凭据泄露造成损失。
常见问题
为什么矿机要反复尝试随机数？因为哈希函数的输出难以从输入变化中预测，改变随机数后通常只能重新计算。高算力代表单位时间内能够尝试更多输入，但不保证在特定时间内一定成功。
矿池份额是不是无效数据？不是。份额虽然通常达不到网络目标，却可以作为矿池统计矿工工作量的证据。它与真正满足网络目标的区块属于不同层级的验证结果。
挖矿能否保证获得回报？不能。区块发现具有概率性，矿池可以通过集合算力和份额结算降低单个参与者等待结果的波动，却不能消除设备故障、运营成本、规则变化或网络竞争带来的不确定性。
工作量证明与区块链有什么关系？工作量证明是部分区块链使用的共识机制。NIST对区块链的概括强调了分布式账本、密码哈希和分布式共识等概念；比特币挖矿则是将其中的工作量证明用于新区块竞争和交易历史保护。不同区块链可能采用其他共识方式，因此比特币挖矿的流程不能直接套用于所有区块链项目。