講到挖礦原理，首先我們要了解一種“植物”——Merkle樹
比特幣科普之Merkle樹是什麼樹？
Merkle樹通常稱為Merkle Hash Tree，是資料結構中所說的樹，常用於高效彙總和驗證大資料集的完整性.具有以下特點：
① 默克爾樹常見的結構是二叉樹，但它也可以是多叉樹，它具有樹結構的全部特點。
② 默克爾樹的基礎資料不是固定的，因為它只要資料經過雜湊運算得到的hash值。
③ 默克爾樹是從下往上逐層計算的，就是說每個中間節點是根據相鄰的兩個葉子節點組合計算得出的，而根節點是根據兩個中間節點組合計算得出的，所以葉子節點是基礎。
比特幣中每個區塊生成時，需要把上一個區塊的雜湊值、本區塊的交易資訊的默克爾樹根、一個未知的隨機數（nonce)拼在一起計算一個新的雜湊值。為了保證10分鐘產生一個區塊，該工作必須具有一定難度，即雜湊值必須以若干個0開頭。雜湊演算法中，輸入資訊的任何微小改動即可引起雜湊值的巨大變動，且這個變動不具有規律性。因為雜湊值的位數是有限的，透過不斷嘗試隨機數nonce,總可以計算出一個符合要求的雜湊值，且該隨機數無法透過尋找規律計算出來。這意味著，該隨機數只能透過暴力列舉的方式獲得。挖礦中計算數學難題即為尋找該隨機數的過程。
雜湊值由16進位制數字表示，即每一位有16種可能。根據雜湊演算法的特性，出現任何一個數字的概率是均等的，即每一位為“0”的概率為1/16.要求某一位為“0”平均需要16次雜湊運算，要求前n位為“0”，則需要進行雜湊計算的平均次數為16的n次方。礦工為了計算出該隨機數，需要花費一定的時間進行大量的雜湊運算。某個礦工成功計算出該隨機數後，則會進行區塊打包並全網廣播。
其他節點收到廣播後，只需對包含隨機數的區塊按照同樣的方法進行一次雜湊運算即可，若雜湊值以“0”開頭的個數滿足要求，且透過其他合法性校驗，則接受這個區塊，停止本地對當前區塊隨機數的尋找，開始下個區塊隨機數的計算。
隨著技術的發展，進行一次雜湊計算速度越來越快，同時隨著礦工的逐漸增多，算出滿足雜湊值以一定數量“0”開頭的隨機數的時間越來越短。為保證比特幣始終按照平均每10分鐘一個區塊的速度出塊，必須不斷調整計算出隨機雜湊計算的平均次數，即調整雜湊值以“0”開頭的數量要求，以此調整難度。比特幣中，每生成2016個區塊就會調整一次難度，即調整週期大約為兩週（2016x10min=14天）。也就是說，對比生成最新2016個區塊花費的實際時間和按照每10分鐘出一個塊生成2016個塊的期望時間，若實際時間大於期望時間則降低難度，若實際時間小於期望時間則增加難度。
同時，為防止難度變化波動太大，每個週期調整幅度必須小於一個因子（當前為4倍）。若幅度大於4倍，則按照4倍調整。由於按照該幅度調整，出塊速度仍然不滿足預期，因此會在下一個週期繼續調整。
1.5.2 礦池的原理
隨著區塊鏈的日漸火爆，參與挖礦的人越來越多，按照比特幣原本的設計模式，只有成功打包一個區塊的人才能獲取獎勵。如果每個礦工都獨立挖礦，在如此龐大的基數下，挖礦成功的概率幾乎為0，只有一個幸運兒可以獲取一大筆財富，其他礦工投入的算力、電力資源就會白白虧損。或許投入一臺礦機，持續挖礦好幾年甚至更久才能挖到一個區塊。
為了降低這種不確定性，礦池應運而生。假如有10萬礦工參與挖礦工作，這10萬礦工的算力和佔這個網路的10%，則這10萬個礦工中的某個礦工成功挖到下個塊的概率即為1/10。即平均每個礦工成功挖到下個區塊的概率為1/1000000，即平均每個礦工要花費19年可以成功挖到一個區塊，然後獲得相應的比特幣獎勵。這種挖礦模式風險過大，幾乎沒人可以承受。但是假設這10萬個礦工共同協作參與挖礦，則平均每100分鐘即可成功挖到一個區塊，然後按照每個礦工提供的算力分配該次收益。這10萬個礦工的收益也會趨於穩定。
協調礦工進行計算的思路也非常簡單，礦池將打包區塊需要的交易等資訊驗證完成後傳送給礦工，然後降低礦工的挖礦難度。比如某個時段比特幣系統需要雜湊值“0”開頭的個數大於50個，礦池可以將難度降低到40個“0”開頭，礦工找到一個40個“0”開頭雜湊值的方案後，即可提交給礦池。礦池收到一個滿足雜湊值“0”開頭個數大於50個的方案時，即可提交至比特幣網路。
當然，你也許會想：如果礦工計算得到一個“0”開頭個數大於50的雜湊值後，則直接提交給比特幣網路，獨享該區塊的收益；如果計算得到一個“0”開頭數在40到50之間的則提交到礦池，享受整個礦池分配的收益。該方案當然是行不通的，因為區塊內容是由礦池傳送給礦工的，即受益者地址已經包含在該區塊中了，即使直接提交，最終受益的也是礦池。如果修改該地址，即意味著區塊內容改變，則前面計算的雜湊值也無效了。最後礦池按照礦工提交方案數量計算貢獻的算力，最後根據算力分配收益。
當前的主流挖礦協議是stratum,以前還有GBT(getblocktemplate)、getwork等幾種協議，它們都過時了。可以用免費的Cpuminer軟體把協議調通。
軟體地址為：
https://sourceforge.net/projects/cpuminer/files
