比特币挖矿计算的不是某道有实际答案的数学题，而是在限定条件下反复寻找一个有效哈希值。矿工会把区块头信息输入双重sha-256算法，再不断更换随机数，直到最终结果小于网络设定的目标值。这个过程没有可提前推导的捷径，矿机只能高速尝试，因此算力本质上就是单位时间内能够完成的哈希次数。找到合格结果的矿工，才有资格把自己整理的区块广播给全网。
一枚比特币区块的核心计算对象是区块头，里面包含版本号、前一区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标和Nonce等字段。交易内容会先通过默克尔树汇总成一条根哈希，只要区块中的交易发生变化，默克尔根通常也会随之改变，整个区块头的哈希结果就会完全不同。矿工最先尝试的是4字节Nonce，但现代ASIC矿机速度太快，Nonce很快就会被遍历完，于是还要修改Coinbase交易里的额外随机字段，重新生成默克尔根，扩大搜索空间。
所谓难度，并不是题目变得更复杂，而是有效哈希必须低于更小的目标值。哈希输出看起来像一串随机的256位数字，前面出现足够多的零只是便于展示，真正的判断标准是数值比较。验证却非常便宜，节点拿到区块后重新计算一次哈希，再检查交易是否合法、目标是否满足即可；挖矿需要海量试错，验证只需一次计算，这种不对称正是工作量证明的关键。比特币主网还会根据前2016个区块的出块速度调整难度，目标是让平均出块时间维持在约10分钟附近。
矿工争夺的并非谁算出了答案，而是谁先完成了一次概率抽奖。单次哈希没有高低之分，矿机只能不断增加尝试次数，算力越高，单位时间内撞中有效结果的概率越大。区块一旦被网络接受，后续区块会把它继续链接起来，想修改旧交易，就必须重新完成该区块以及后续区块的全部工作量，并追赶全网新增算力，这使双重支付和历史篡改的成本大幅上升。挖矿由此承担了交易排序、区块确认和网络安全三重作用。
矿工的收入主要来自区块补贴与交易手续费。2024年4月20日完成第四次减半后，每个新区块的基础奖励降至3.125枚比特币，补贴每经过210000个区块大致减半一次，手续费的重要性会随时间逐步上升。也要看到，挖矿计算本身并不会产出科研成果，它的价值在于把现实中的电力、设备和运营成本转化为难以伪造的链上记账权。正是这种昂贵、可验证、难以倒推的计算，让比特币在没有中心化记账机构的情况下维持共识。
