Mật mã thay thế là dạng thuật toán mã hóa lâu đời nhất dựa trên việc tạo ra từng ký tự của thông điệp bản rõ và yêu cầu quá trình thay thế để khôi phục nó bằng một ký tự mới trong bản mã.
Phương pháp thay thế này là xác định và có thể đảo ngược, cho phép người nhận thông điệp dự định sử dụng các ký tự mã thay thế ngược lại để truy xuất bản rõ.
Dạng mật mã thay thế cụ thể là Mật mã thay thế đơn pha, được gọi là “Mật mã thay thế đơn giản”. Mật mã thay thế đơn pha dựa trên một hàm ánh xạ khóa riêng lẻ K, luôn thay thế một ký tự cụ thể α bằng một ký tự từ ánh xạ K (α).
Mật mã thay thế một chữ cái là một loại mật mã thay thế trong đó các chữ cái tương đương của bản rõ được khôi phục bằng các chữ cái giống nhau của bản mã. Mono, định nghĩa một chữ cái, nó biểu thị rằng mỗi chữ cái của bản rõ có một sự thay thế duy nhất của bản mã.
Mật mã Caesar là một loại mật mã đơn pha. Nó sử dụng phương pháp thay thế tương tự để nhận các ký tự văn bản mật mã cho mỗi ký tự văn bản thuần túy. Trong mật mã Caesar, có thể thấy rằng việc hacker bẻ khóa chỉ đơn giản là vì mật mã Caesar chỉ hỗ trợ 25 khóa tất cả. Hố này được bao phủ bằng cách sử dụng mật mã Monoalphabetic.
Trong mật mã một pha, các ký tự thay thế hỗ trợ hoán vị ngẫu nhiên 26 chữ cái trong bảng chữ cái. 26! Các hoán vị của bảng chữ cái lên tới 4 * 10 ^ 26. Điều này tạo ra sự phức tạp cho tin tặc khi cần tấn công thô bạo để lấy được khóa.
Mật mã đơn chữ cái là một kiểu thay thế trong đó mối quan hệ giữa một ký hiệu trong bản rõ và một ký hiệu trong văn bản mật mã liên tục là một đối một và nó vẫn được cố định trong suốt quá trình mã hóa.
Những mật mã này được coi là phần lớn dễ bị phá mã. Ví dụ:nếu ‘T’ được mã hóa bởi ‘J’ cho bất kỳ số lần xuất hiện nào trong tin nhắn văn bản thuần túy, thì ‘T’ sẽ tiếp tục được mã hóa thành ‘J’.
Nếu bản rõ là “TREE”, do đó văn bản mã có thể là “ADOO” và điều này cho thấy rằng mật mã có thể là một bảng chữ cái đơn lẻ vì cả hai chữ “O” trong bản rõ đều được mã hóa bằng “E” trong văn bản mật mã.
Mặc dù tin tặc sẽ không thể cần đến cuộc tấn công bạo lực, nhưng nó có thể áp dụng cho việc xem xét khóa bằng cách sử dụng Cuộc tấn công thống kê đáng sợ. Nếu hacker hiểu các đặc điểm của bản rõ của bất kỳ mật mã thay thế nào, thì bất kể kích thước của không gian khóa là bao nhiêu, nó có thể đơn giản phá vỡ mật mã bằng cách sử dụng tấn công thống kê. Tấn công thống kê bao gồm việc đo lường phân phối tần suất cho các ký tự, so sánh những ký tự có cùng thống kê cho tiếng Anh.