Mật mã Vernam-Vigenère , loại mật mã thay thế được sử dụng để mã hóa dữ liệu. Mật mã Vernam-Vigenère được phát minh vào năm 1918 bởi Gilbert S. Vernam, một kỹ sư của Công ty Điện thoại & Điện tín Hoa Kỳ (AT&T), người đã giới thiệu biến thể khóa quan trọng nhất cho hệ thống mật mã Vigenère, được phát minh bởi người Pháp thế kỷ 16 nhà mật mã học Blaise de Vigenère.
Vào thời điểm Vernam làm việc, tất cả các tin nhắn được truyền qua hệ thống máy điện thoại của AT&T đều được mã hóa trong Mã Baudot, một mã nhị phân trong đó sự kết hợp của dấu và khoảng trắng đại diện cho một chữ cái, số hoặc ký hiệu khác. Vernam đề xuất một phương tiện giới thiệu sự tương đương với tốc độ tương tự mà tại đó nó được giảm bớt bởi sự dư thừa giữa các ký hiệu của thông điệp, do đó bảo vệ thông tin liên lạc chống lại cuộc tấn công phân tích mật mã. Ông thấy rằng tính tuần hoàn (cũng như thông tin tần số và mối tương quan giữa các ký hiệu), dựa trên các phương pháp giải mã trước đó của các hệ thống Vigenère khác nhau, có thể bị loại bỏ nếu một loạt các dấu và khoảng trắng ngẫu nhiên (một phím đang chạy) được trộn với thông báo trong mã hóa để tạo ra những gì được gọi là một luồng hoặc mật mã phát trực tuyến.
Tuy nhiên, có một điểm yếu nghiêm trọng trong hệ thống của Vernam. Nó yêu cầu một ký hiệu khóa cho mỗi ký hiệu tin nhắn, có nghĩa là những người giao tiếp sẽ phải trao đổi trước một khóa lớn không thực tế — tức là, họ phải trao đổi một cách an toàn một khóa lớn bằng thông điệp mà họ cuối cùng sẽ gửi. Bản thân khóa bao gồm một băng giấy đục lỗ có thể được đọc tự động trong khi các ký hiệu được gõ trên bàn phím máy đánh chữ và được mã hóa để truyền. Thao tác này được thực hiện ngược lại bằng cách sử dụng một bản sao của băng giấy ở máy đánh chữ nhận để giải mã mật mã. Vernam ban đầu tin rằng một khóa ngẫu nhiên ngắn có thể được tái sử dụng nhiều lần một cách an toàn, do đó biện minh cho nỗ lực cung cấp một khóa lớn như vậy, nhưng việc sử dụng lại khóa hóa ra dễ bị tấn công bởi các phương pháp kiểu do Friedrich W. Kasiski nghĩ ra,một sĩ quan quân đội Đức thế kỷ 19 và là nhà phân tích mật mã, trong quá trình giải mã thành công các mật mã được tạo ra bằng hệ thống Vigenère. Vernam đưa ra một giải pháp thay thế: một khóa được tạo ra bằng cách kết hợp hai băng khóa ngắn hơn củam và n chữ số nhị phân, hoặc bit, trong đó m và n không có chung hệ số nào khác ngoài 1 (chúng tương đối nguyên tố). Một luồng bit được tính toán không lặp lại cho đến khi m ncác bit của khóa đã được tạo ra. Phiên bản này của hệ thống mật mã Vernam đã được Quân đội Hoa Kỳ thông qua và sử dụng cho đến khi Thiếu tá Joseph O. Mauborgne của Quân đoàn Tín hiệu Quân đội chứng minh trong Thế chiến thứ nhất rằng một mật mã được xây dựng từ một khóa được tạo ra bằng cách kết hợp tuyến tính hai hoặc nhiều băng ngắn có thể được giải mã bằng các phương pháp thuộc loại được sử dụng để phân tích mật mã khóa đang chạy. Công việc của Mauborgne đã dẫn đến nhận ra rằng cả khóa đơn lặp lại hay hệ thống mật mã Vernam-Vigenère hai băng đều không phải là mật mã. Hậu quả lớn hơn nhiều đối với mật mã học hiện đại - trên thực tế, một ý tưởng vẫn là nền tảng của nó - là kết luận được rút ra bởi Mauborgne và William F. Friedman (nhà phân tích mật mã hàng đầu của Quân đội Hoa Kỳ đã bẻ khóa hệ thống mật mã của Nhật Bản vào năm 1935–36) rằng loại hệ thống mật mã duy nhất được bảo mật vô điều kiện bằng cách sử dụng khóa một lần ngẫu nhiên.Tuy nhiên, bằng chứng về điều này đã được cung cấp gần 30 năm sau bởi một nhà nghiên cứu khác của AT&T, Claude Shannon, cha đẻ của lý thuyết thông tin hiện đại.
Trong một mật mã trực tuyến, khóa là không mạch lạc — nghĩa là, độ không chắc chắn mà người phá mã có về mỗi ký hiệu khóa liên tiếp phải không nhỏ hơn nội dung thông tin trung bình của một ký hiệu thông báo. Đường cong có dấu chấm trong hình chỉ ra rằng tần suất xuất hiện thô bị mất khi văn bản nháp của bài viết này được mã hóa bằng khóa ngẫu nhiên một lần. Điều này cũng đúng nếu tần số digraph hoặc tam đồ được vẽ cho một bản mã đủ dài. Nói cách khác, hệ thống được bảo mật vô điều kiện, không phải do người phá mã thất bại trong việc tìm ra kỹ thuật phá mã phù hợp mà là do anh ta phải đối mặt với một số lựa chọn không thể giải quyết cho khóa hoặc thông điệp bản rõ.
