早期的加密试图使用换位（Transposition）来对消息进行编码，也就是简单地重新排列消息中字母的顺序。当然，这种重新排列必须遵循某些规则，否则消息接收者将无法恢复消息。公元前5世纪，斯巴达人使用的密码棒是最早使用换位编码模式的记录。密码棒是一种被纸条缠绕的木棒，在木棒的一侧写下消息，解开纸条后，消息便无法读懂。这样，即使送信人被抓，消息也是安全的。安全抵达目的地后，把纸条以同样的方式缠绕在完全相同的木棒上，就可以读出消息了。

其他早期的加密使用替代（Substitution）法。替代法简单地用另一个字符替换消息中的每一个字符。凯撒密码（Caesar cipher）就是一个例子。要使用这种方法，可以在纸上从左到右按顺序列出26个字母，与接收方协商好替换字母A的另一个字母，然后在列出的26个字母下面按序排列出各自对应的替换字母，遇到Z则循环到A继续。比如说，经协商，确定替换字母A的字母是E，则替代关系如下：

有了这个替代关系表之后，要加密某个消息非常简单：对于消息中的任何一个字母，检索表中的第一行，用其下面的字母替换它即可。例如，消息“The administrator password is secret”加密后的结果是“Xli ehqmrmwxvexsv tewwasvh mw wigvix”。要解密消息，只需在替代表的第二行中检索加密后的信息中的每一个字母，用其上面的字母替换它即可。

这些加密方法的有效性，依赖于加密规则或加密算法的保密性。人们早就认识到这种做法并不可靠，因为早晚会有人推导出所用的算法，到那时，所有加密的消息都会被破解。另外，对于单表替代算法（使用一个字母表），如前面的凯撒密码，通过统计每个字母出现的频率就可以轻易地破解。其原理基于这样一个事实：用英语表达的书面语中，某些字母出现的频率要高于其他字母。所以，如果你有足够多的加密消息样本，你就能利用各个字母在书面语中的统计特性破解这些加密的消息。这就是频率分析法，它是密码分析（Cryptanalysis）的一个例子。

因为单表替代算法的这个缺点，后来出现新的替代算法，也即多表替代算法。这些算法使用多个字母表，不会被简单的频率分析法破解。其中最著名的一个算法叫作维吉尼亚（Vigenere）密码，它使用一个密钥字并利用模数运算，来确定对于消息中的每一个字母要使用哪一个字母替换。Vigenere密码把26个字母a、b、c、…、z分别映射成数字0、1、2、…、25。消息的第一字母与密钥字的第一个字母对应，依序排列消息和密钥字的其余字母，密钥字不足则不断重复。加密时，消息中的每一个字母与密钥字中对应的字母相加，除以26的余数对应的字母就是加密后的字母。解密时，加密后的字母减去密钥字对应的字母（如果为负则加上26），结果对应的字母就是加密前的字母。这里有一个简单的例子。假如密钥字是“deceptive”，消息是“wearediscoveredsaveyourself”（为简化，去掉了空白），加密示例如下：

消息： w e a r e d i s c o v e r e d s a v e y o u r s e l f(www.daowen.com)

密钥字： d e c e p t i v e d e c e p t i v e d e c e p t i v e

结果： Z I C V T W Q N G R Z G V T W A V Z H C Q Y G L M G J

Vigenere密码是由16世纪的法国外交家Vigenere设计的，它在长达300年的时间内都没有被破解。其中一个原因是它有无限多种密钥，也就是它的密钥空间非常大。它使用的密钥，可以是一个单词，也可以是字母的随机组合，其长度可变，并且可以使用任意可能的字母组合。

密钥是对消息进行加密的时候使用的秘密值或秘密信息。前面提到的凯撒密码也有密钥，也就是“用哪个字母替换起始字母A”这个信息。容易看出，凯撒密码只有25个密钥。一般来说，密钥空间越大，越难被破解。这也是凯撒密码易被破解的一个原因。

无论哪一种加密方法，如果加密算法被人知晓，在知道密钥的前提下，所加密的任何消息都将被破解。所以，密钥空间大并且密钥不被泄露是保密的关键。一次一密钥是最安全的，原因是它的密钥空间无限大，并且每次使用的密钥都不同；即使推导出密钥，也只会影响当前消息。历史上首次使用一次一密钥，是通过便笺簿来记录各个密钥的。便笺簿的每一页记录一个不同的密钥。通信双方各自有一个内容相同的便笺簿。从第一页开始，双方按序使用密钥。对于每一个消息，使用一个新密钥加密，使用完毕，撕掉那个密钥。这个技术在第一次世界大战期间被成功运用，并且常常在Vigenere密码中使用。