比特币是一种基于点对点网络技术的数字货币。而比特币挖矿则是生成比特币的过程，也是保障比特币网络安全稳定运行的重要环节。本文将详细介绍比特币挖矿的原理及流程，并配以相应的流程图。

什么是比特币挖矿？

比特币挖矿是指通过计算机算力的运算来验证比特币交易信息，并且将这些信息打包成区块并加入到比特币区块链系统中。挖出一个区块的人将获得一定数量的比特币奖励和交易手续费。

比特币挖矿的本质是通过算法中预设的复杂数学运算来产生一串看似无意义的数据，即“哈希值”。运算者根据不断尝试的运算结果来确定哈希值。对于比特币算法而言，只有当尝试结果达到一定规定后才会符合比特币网络要求，可以提交至比特币网络中进行验证。完成区块验证证明后，此前根本没有价值的“哈希值”，就获得了价值——一份区块链权益。

比特币挖矿的原理

比特币网络使用 SHA-256 算法作为加密算法。SHA-256（Secure Hash Algorithm 256-bit）是一种以256位为基础的哈希函数，可以将任意长度数据计算出固定长度的哈希值。

SHA-256 生成哈希值的过程，需要输入两个参数：一个是字符串（含有交易和其他信息），另一个是在字节格式下的当前时刻时间戳。而当前时间戳所提供的唯一性保证了每次哈希值都不相同，也因此，挖矿的核心定位在哈希率（Hashrate）和目标难度（Target Difficulty）两个参数的把控和调谐上。

哈希率（Hashrate）

哈希率即计算机产生哈希值的速度。哈希率=每秒哈希值数量，通常用 MH/s, GH/s, PH/s, EH/s 等单位衡量。哈希率越高，则尝试验证出符合比特币网络要求的结果的几率会相应提高。

目标难度（Target Difficulty）

目标难度即挖矿的难度系数。比特币网络约10分钟生成一次区块，每隔2016个块会自动调整一次目标难度。目标难度系数越高，实际上进行这次运算所需的复杂度就会增加，也因此所需要的计算机算力就会更强大。而目标难度系数最高为0xffffffffffffffffffff，这样的难度系数相当于一只瞎眼老鼠找到印度洋沙滩上某一个针头并拿回来。

比特币挖矿的流程

以下将详细介绍比特币挖矿的流程，并配以相应的流程图。

步骤一：构建候选数据块（Merkle Tree）

首先，矿工（也称“挖矿者”）需要对区块中的所有交易信息进行打包、组合。每笔交易数据本身是哈希值，该哈希值会作为下一个交易数据的输入，在不断迭代后形成了由众多哈希值组成的 Merkle Tree。

步骤二：算出区块头信息（Block Header）

矿工需要构建一个区块头信息，包含了上一个区块的哈希值、Merkle Tree 的哈希值和当前的时间戳、目标难度系数等。然后，对这个区块头进行 SHA-256 哈希，得到的结果就是该区块的哈希值。

步骤三：尝试计算哈希值

矿工需要不断地尝试计算 SHA-256 哈希值，直到产生了符合比特币网络难度系数要求的哈希值。这个过程需要用到矿机这样高算力的设备。

步骤四：广播获得广播奖励

当某一矿工计算成功并找到了一个符合难度系数的哈希值时，他会将“候选数据块”及其计算出来的哈希值广播到比特币网络中。如果该哈希值被其他节点验证，那么目前 hash 为目前难度的一个新的块产生，进行区块奖励分配。

总结

比特币挖矿是一项高难度高收益的工作，必须具备非常强大的计算机设备和巨大的算力才能获得相应的回报。通过本文，读者可以了解到比特币挖矿的原理和流程，并详细地了解到哈希率和目标难度对于比特币挖矿的重要性。