Очередная буква открытого текста отыскивалась на неподвижном диске, и буква меньшего диска, которая стояла напротив нее, была результатом ее шифрования. После того, как были зашифрованы несколько букв текста, положения индексной буквы менялось, о чем также сообщалось корреспонденту.
A B C D E F G I L M N O P Q R S T V X Z 1 2 3 4
L G A Z E N B O S F C H T Y Q I X K V P ET M R D
Так, например, для индексной буквы «L» одним из многих вариантов шифрования слова «PRESIDENT» может быть «ATQEIOZECX», а другим — «BHYZQBAZFI» и т. д.
B C D E F G I L M N O P Q R S T V X Z 1 2 3 4 A
L G A Z E N B O S F C H T Y Q I X K V P ET M R D
Такой шифр имел две особенности, которые делали изобретение Альберти важным событием в истории криптологии. Во-первых, в отличие от шифров простой замены шифродиск использовал не один, а несколько алфавитов для шифрования. Такие шифры получили название многоалфавитных. Во-вторых, шифродиск позволял использовать так называемые коды с перешифрованием, которые получили широкое распространение лишь в конце XIX века, то есть через четыре века после изобретения Альберти.
Для этой цели на внешнем диске имелись цифры. Альберти составил код, который состоял из 336 кодовых групп, пронумерованных от 11 до 4444. Каждому кодовому обозначению соответствовала определённая фраза. Когда такая фраза встречалась в открытом сообщении, она заменялась соответствующим кодобозначением, а с помощью диска цифры шифровались как обычные знаки открытого текста, превращаясь в буквы.
В 1474 году был написан первый в мире трактат, посвящённый исключительно криптоанализу. Это сделал Чикко Симонетта (Cicco Simonetta), один из секретарей правителей Милана — герцогов Сфорца. В нём он изложил усовершенствованные шифры замены, в том числе шифр многозначной замены, в котором одной букве (гласной) соответствовало несколько шифробозначений. Он разработал 13 правил раскрытия шифров простой замены, в которых сохранены разделители слов.
Рукопись, написанная на трех кусках пергамента, начиналась со слов: «Первое необходимое условие заключается в выяснении того, написан ли документ латинским или местным языком, а это можно установить таким способом: выясните, имеют ли слова в данном документе только пять разных окончаний, меньше или больше. Если их только пять или меньше, вы правы, считая, что документ написан местным языком…».
Ч.Симонетта в своём трактате подробно описал шифры замены, в которых для выравнивания частоты появления букв в шифротексте гласной букве соответствовал не один знак, а несколько. Здесь же впервые было приведено описание так называемого «лозунгового» шифра, который в разных модификациях будет применяться и несколько веков позже. Правило замены букв в нём определялось так: под алфавитом писалась ключевая фраза — лозунг (например, «Ukraine») без повторяемых букв, а затем буквы, которые в лозунге не встречались, в естественном порядке.
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V X Y Z
U K R A I N E B C D F G H J L M O P Q S T V X Y Z
В результате слово «UZHGOROD» превращается в шифротекст: «TZBELPLA».
3. Многоалфавитные шифры
В 1518 году появился первый печатный труд по криптологии «Полиграфия» (лат. Polygraphia). Она была написана Йоганном Гейденбергом (1462–1516), или Тритемием (Трисемусом), аббатом бенедиктинского монастыря Святого Мартина (г. Вюрцбург, Германия), которого многие историки считают отцом европейской криптологии. «Полиграфия» представляла собой сборник из 6 книг и содержала столбцы латинских терминов и слов, соответствующих буквам открытого текста, и первую квадратную таблицу, основу многоалфавитной замены.
Хотя в труде Тритемия были описаны много шифров — как существующих в то время, так и изобретённых самим автором, она была пронизана каббалистическими и оккультными аллюзиями.
В результате книга вызывала гнев многих монарших дворов Европы, которые думали, что Тритемий выдал в ней слишком много тайн. Кроме того, Римская католическая церковь считала труды Тритемия еретическими и в 1609 году внесла его книги в список запрещенных. Это запрещение длилось 250 лет.
В 1541 году книга была переиздана на французским языке, а вскоре был сделан её перевод на немецкий язык. В этой книге Тритемий сделал два новаторских предложения в криптологии: шифр «Аве Мария» и шифр, построенный на основе периодически сдвигаемого ключа.
Шифр «Аве Мария» основывался на принципе замены заранее оговоренных слов на буквы шифротекста. С таких слов складывалось внешне «невинное» сообщение. Например, заменим буквы «А», «К», «Т» на такие слова: «А» — ожидаю, мой; «К» — дома, ключ; «Т» — я, здесь. В таком случае позитивный тайный ответ на заданный вопрос может иметь несколько вариантов: «Я ожидаю дома» или «Здесь мой ключ».