比特币依靠专用集成电路ASIC芯片运行双SHA-256加密哈希算法完成全部核心计算，全网所有挖矿行为本质都是芯片持续暴力迭代随机数值，反复执行两次SHA-256运算，直到得出符合全网难度阈值的哈希结果。这套计算没有任何捷径可走，只能依靠硬件每秒海量重复运算，比特币协议每隔2016个区块大约两周时间自动调整难度，确保平均每十分钟诞生一个新区块，全网算力越高，单次计算命中目标的概率就越低，硬件必须不断提升每秒哈希运算次数也就是算力，才能在竞争中获得区块奖励。算力单位以TH/s为主，代表每秒万亿次哈希运算，如今比特币全网算力早已突破泽哈希级别，普通通用处理器完全无法参与有效的挖矿竞争，只有专为SHA-256打造的ASIC芯片才能适配当前的网络难度。
比特币的计算底层是密码学单向哈希函数SHA-256，并且采用二次运算也就是双SHA-256模式，矿工先把区块头里的交易信息、前一区块哈希值、时间戳和随机数nonce整合在一起，第一次通过SHA-256生成一串字符，再把这串字符再次代入算法进行第二次运算，最终得到256位二进制哈希值，系统要求这个数值必须小于网络设定的动态目标值。只要随机数改动一位，最终哈希结果就会完全改变，而且无法从最终结果反向推算出原始数据，这就决定了矿工只能不断更换随机数重复计算，整个过程纯粹消耗电力和硬件算力，不需要复杂逻辑判断，只需要极致的并行重复运算能力，这也是普通CPU很快被淘汰的核心原因。
比特币的计算硬件经历了四个清晰的发展阶段，2009年比特币刚诞生时全网难度极低，普通家用电脑的中央处理器CPU就可以完成挖矿计算，CPU擅长复杂逻辑调度，但并行运算能力很弱，每秒只能完成几百万次哈希运算，随着参与挖矿的人越来越多，难度快速上涨，CPU很快失去竞争力。之后图形处理器GPU接替成为主流，GPU拥有上千个流处理器，可以同时并行执行大量相同运算，哈希效率比CPU高出上百倍，一度成为矿工的主要设备，紧接着现场可编程门阵列FPGA出现，功耗更低运算速度更快，但依旧没有摆脱通用硬件的局限。直到ASIC专用挖矿芯片问世，彻底淘汰了之前所有设备，这类芯片舍弃了一切和SHA-256无关的电路结构，全部晶体管只为哈希运算服务，算力和能效比GPU高出成千上万倍，现在市面上所有比特币矿机内部核心都是批量ASIC芯片阵列组合而成。
单台比特币矿机内部由大量ASIC运算芯片、控制主板、供电模块和散热系统组成，一块算法板上会排布上百颗专用芯片，所有芯片同步并行执行双SHA-256计算，不断刷新随机数值比对全网难度标准。芯片的制作工艺直接决定算力和耗电水平，先进制程的芯片可以在更低功耗下达到更高哈希速度，行业常用能效指标J/TH代表每万亿次哈希消耗的电量，数值越低运营成本越小。单个矿机算力有限，所以全球矿工都会加入大型矿池，把分散的ASIC算力合并在一起统一参与全网竞争，挖到区块之后再按照各自贡献的算力比例分配区块奖励和交易手续费，分散算力单独挖出区块的概率几乎可以忽略不计，整个比特币网络的安全运转，全部建立在全球海量ASIC芯片持续不断的哈希计算之上。
很多币圈参与者容易混淆算法和硬件的关系，误以为比特币依靠软件计算，实际上软件只是起到调度作用，真正承载海量运算的核心永远是ASIC专用芯片，SHA-256算法是计算规则，ASIC硬件是执行规则的载体，二者缺一不可。网络难度不断攀升会持续挤压老旧矿机的生存空间，只有不断迭代更先进的专用芯片，才能适应比特币不断变化的算力环境，算力的持续增长也让比特币网络抵御恶意攻击的能力不断增强，想要掌控网络超过半数算力需要投入巨额成本购置大量专用矿机芯片，这也是比特币去中心化体系能够长期稳定运行的关键基础。
