揭秘比特币挖矿机源码，数字黄金的炼金术底层逻辑

2026-02-10 币界百科

从“0”到“1”：比特币挖矿的本质与源码的起点

比特币挖矿,本质上是通过计算机算力竞争记账权的过程，矿工们在全球网络中争夺将新的交易打包进区块的机会，成功者获得比特币奖励（当前为6.25 BTC，每四年减半），这一过程的核心是“工作量证明”（Proof of Work, PoW），而实现PoW的算法，正是SHA-256——这是比特币源码中与挖矿直接相关的“灵魂”。

比特币的源码由中本聪于2009年发布,最初用C 编写，后经全球开发者社区持续维护，其核心代码库中，与挖矿相关的逻辑主要集中在miner.cpp、pow.cpp、validation.cpp等文件中，理解这些源码，相当于拆解了数字黄金的“炼金炉”，看清了算力如何转化为区块、区块如何链接成链的底层机制。

SHA-256：挖矿算法的“数学引擎”

比特币挖矿的核心是找到一个“nonce”（随机数），使得区块头的双重SHA-256哈希值小于目标值，这一过程在源码中的实现，位于src/crypto/sha256.cpp和src/pow.cpp。

以区块头哈希为例,其结构包含版本号、前一区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标、nonce等字段，矿工需要不断调整nonce，对整个区块头进行两次SHA-256哈希计算，直到哈希结果满足“前导零”的数量要求（难度越高，前导零越多）。

在pow.cpp中，关键函数CheckProofOfWork()负责验证哈希值是否达标：

bool CheckProofOfWork(uint256 hash, const CBlockHeader& block, const Consensus::Params& params)
{
    bool fNegative;
    bool fOverflow;
    uint256 bnTarget;
    if (fNegative || fOverflow || bnTarget == 0)
        return false;
    return hash < bnTarget; // 哈希值需小于目标值
}

这里的bnTarget由全网难度动态调整，难度越高，bnTarget越小，找到有效nonce的概率越低，所需算力也越大，这就是“算力决定收益”的数学本质。

挖矿流程：从候选区块到“挖矿成功”的源码路径

一个完整的挖矿过程,在源码中体现为“候选区块构建→PoW计算→区块广播”的闭环。

候选区块构建（`miner.cpp`）

矿工节点首先从内存池（mempool）中收集未确认交易，按手续费排序，构建候选区块，默克尔树（Merkle Tree）的生成是关键步骤——所有交易哈希两两组合，逐层向上哈希，最终得到唯一的“默克尔根”，记入区块头，这一过程在src/merkle.cpp中实现：

uint256 BuildMerkleTree(const std::vector<uint256>& leaves, std::vector<uint256>& vMerkleBranch) {
    // 构建默克尔树，返回根哈希
}

默克尔根的存在,确保了任何一笔交易的篡改都会导致根哈希变化，从而被全网拒绝。

PoW计算与nonce调整（`miner.cpp`）

构建候选区块后,矿工开始暴力尝试nonce，在比特币早期，CPU挖矿时，源码中的GenerateBitcoins()函数会循环执行：

void static BitcoinMiner(CWallet* pwallet, bool fProofOfStake) {
    // ... 省略候选区块构建 ...
    while (true) {
        block.nNonce  ; // 递增nonce
        if (block.nNonce == 0) break; // nonce溢出则终止
        if (CheckProofOfWork(block.GetHash(), block, params)) { // 检查是否满足难度
            // 挖矿成功，广播区块
            ProcessNewBlock(params, block.pblock, true, NULL);
            break;
        }
    }
}

随着GPU、ASIC挖矿机的出现，矿工不再直接使用比特币核心源码中的挖矿逻辑，而是基于SHA-256算法开发专用硬件加速器，但源码中的PoW验证逻辑仍是全网共识的基石——无论何种挖矿设备，其算力最终都需通过CheckProofOfWork()的检验。