比特币挖矿共识层面采用的核心算法为SHA‑256哈希算法，完整执行逻辑为双重SHA‑256运算，也就是对数据做两次SHA‑256计算，以此支撑整个工作量证明PoW机制运行，同时系统内部还搭配ECDSA椭圆曲线签名算法处理交易签名与公私钥生成，二者分工不同，很多币圈新手容易把两类算法混淆，挖矿竞争出块依靠的是SHA‑256，而用户转账签名验证则由椭圆曲线算法完成。
SHA‑256属于SHA‑2安全哈希算法家族，无论输入的数据长短，最终都会输出256位固定长度的哈希结果，具备三大关键特性，分别是结果确定、单向不可逆、雪崩效应。相同原始数据输入，每次运算得到的哈希值完全一致；无法凭借输出的哈希结果反向还原出原始区块和交易内容；原始数据只要发生极其微小改动，哪怕仅仅改动一个字节，最终生成的哈希字符串就会发生翻天覆地的变化，这也是比特币账本难以篡改的底层密码学基础，一旦区块内交易记录被恶意修改，区块哈希就会彻底改变，全网节点可以快速识别出异常区块并拒绝接受该条伪造链。
在挖矿的实际流程当中，矿工并不会直接对全部交易数据进行哈希运算，而是处理80字节大小的区块头，区块头包含上一个区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标以及随机数nonce。矿工不断调整nonce数值，循环执行双重SHA‑256运算，直到算出来的哈希结果小于全网当前的难度目标才算解题成功。整个过程不存在捷径，只能依靠硬件反复暴力试算碰撞，每秒能够完成的哈希运算次数，就是行业所说的算力。全网每产出2016个区块，系统就会自动重新校准挖矿难度，目的就是维持大约十分钟产出一个新区块的协议目标，算力暴涨难度随之抬高，算力下滑难度同步降低，以此保障网络出块节奏长期稳定，不会因为矿工规模变化而失控。
得益于SHA‑256算法的运算特征，该算法非常适合ASIC专用矿机做硬件并行加速，这也造成比特币挖矿很早就从CPU、GPU时代全面过渡到ASIC矿机时代，普通电脑已经完全不具备挖矿收益。和莱特币使用的Scrypt这类对内存要求高的算法不同，SHA‑256主要考验芯片的循环计算能力，不需要占用大量内存空间，芯片可以大规模堆叠运算单元，单位硬件可以实现极高的哈希吞吐。不过算法本身的安全并不代表网络绝对安全，当单一主体掌控全网绝大部分算力时，依然存在理论上的算力攻击风险，这也是币圈长期讨论的网络安全话题之一。
很多人会产生疑问，双重SHA‑256相比单次运算会带来多大的安全提升，实际上两次运算并不会从数学层面增加破解难度，更多属于早期的工程层面防护设计，用来规避部分潜在的长度扩展攻击隐患。除挖矿之外，比特币的交易ID生成同样使用双重SHA‑256，每一笔转账交易经过序列化之后，执行两次哈希得到唯一txid，链上浏览器查询交易、节点校验交易完整性，全部依靠这个标识。但要分清，生成比特币接收地址时，会在SHA‑256之后叠加RIPEMD‑160算法压缩哈希长度，这属于地址生成流程，不属于挖矿共识算法，不要将不同环节的密码学工具混为一谈。
