Trong kỹ thuật thay thế đơn từ, mỗi ký tự nguồn đều biến thành một ký tự xác định dựa vào khố, khơng phụ thuộc vào vị trí của ký tự đĩ trong bản nguồn. Ví dụ, nếu ký tự A đã xác định là sẽ biến đổi thành D thì tất cả các ký tự A trong bản nguồn đều biến thành D trong bản mã. Kỹ thuật thay thế đa từ cho phép, ví dụ, các ký tự A trong bản nguồn cĩ thể biến thành các ký tự khác nhau trong bản mã. Ta sẽ xem xét một đại diện của kỹ thuật thay thế đa từ với thuật tốn do nhà tốn học ngƣời Pháp Blaise de Vigenere (1523–1596) đề xuất. Ví dụ, thuật tốn cĩ thể đƣợc trình bày nhƣ sau:
̶ Từ khố là CIPHER đƣợc xếp kề nhau: CIPHERCIPHERCIPHER ...
̶ Sử dụng chuỗi đĩ nhƣ là tập hợp các khố để mã hố các ký tự bản
nguồn. Ví dụ bản nguồn là THUAT TOAN THAY THE DA TU thì ký tự T sẽ mã hố bằng khố C (dùng mật mã Caesar mở rộng) thành V, ký tự H với khố I thành P, ...
̶ Cuối cùng ta nhận đƣợc bản mã: VPJHX KQIC ALRA BWL HR VC
Để cĩ thể xác định nhanh kết quả của mật mã Caesar mở rộng, Vigenere sử dụng bảng sau để tra cứu:
Hình 2.1 Mật mã Vigenere
Tuy nhiên, hiện nay ta khơng cần tra cứu thủ cơng nhƣ ngày xƣa mà cĩ thể viết một đoạn mã ngắn để thực hiện thao tác này.
Khố của thuật tốn mã hố đa từ cĩ độ dài bằng độ dài của bản nguồn. Tuy nhiên, việc xây dựng khố (key) từ từ khố (keyword) nhƣ trên cĩ điểm yếu do việc lặp lại một cách đơn giản từ khố. Trên thực tế, chúng ta cĩ thể dùng một số phƣơng pháp khác nhau để xây dựng khố. Vigenere đề xuất sử dụng phƣơng pháp tạo khố tự động (Autokey) bằng cách sử dụng keyword ghép vào phần đầu của bản nguồn và sử dụng nhƣ là khĩa để mã hố cho bản
mã hố bản nguồn THUAT TOAN THAY THE DA TU. Nhƣ vậy mã hố T dùng khố C sẽ cĩ kết quả là V, H dùng khố I sẽ cĩ kết quả là P,…Ngồi ra, cĩ thể tạo khĩa bằng cách lấy các ký tự bắt đầu từ một vị trí (trang, dịng) nào đĩ trong một cuốn sách xác định trƣớc. Ngƣời ta gọi đĩ là mã hố bằng sách (Book cipher).
Cĩ thể bẻ khĩa Autokey và Book cipher bằng cách phân tích tần số các cặp chữ cái bởi vì khĩa mã hố và bản nguồn đƣợc viết trên cùng một ngơn ngữ. Thay vì sử dụng bảng tần số cho 26 ký tự cĩ độ dài 26 1, ta sẽ sử dụng bảng tần số 26 26 áp dụng cho “tần số xuất hiện của ký tự X đƣợc mã hố bởi ký tự Y”. Một phƣơng pháp thám mã nữa do nhà mật mã học ngƣời Đức Friedrich Kasiski (1805-1881) đề xuất bằng cách tìm kiếm các đoạn lặp lại trong bản mã để dự đốn độ dài của từ khố. Từ đĩ sẽ xác định đƣợc tồn bộ nội dung của từ khố bằng phƣơng pháp thám mã áp dụng cho kỹ thuật thay thế đơn từ.