وسادة للاستخدام لمرة واحدة

استكمالاً للمثال السابق، لنفترض أن حواء اعترضت النص المشفر لأليس: EQNVZ. إذا جربت حواء كل مفتاح ممكن، فستجد أن المفتاح XMCKLسينتج النص الأصلي hello، ولكنها ستجد أيضاً أن المفتاح TQURIسينتج النص الأصلي later، وهي رسالة محتملة بنفس القدر:

 4 (E) 16 (Q) 13 (N) 21 (V) 25 (Z) نص مشفر - 19 (T) 16 (Q) 20 (U) 17 (R) 8 (I) مفتاح محتمل = −15 0 −7 4 17 مفتاح النص المشفر = 11 (l) 0 (a) 19 (t) 4 (e) 17 (r) مفتاح النص المشفر (mod 26)

في الواقع، من الممكن "فك تشفير" أي رسالة مهما كان عدد أحرفها من النص المشفر، وذلك ببساطة باستخدام مفتاح مختلف، ولا توجد أي معلومات في النص المشفر تسمح لإيف بالاختيار من بين القراءات المختلفة الممكنة للنص المشفر. ^{[ 16 ]}

إذا لم يكن المفتاح عشوائيًا تمامًا، فمن الممكن استخدام التحليل الإحصائي لتحديد أي من المفاتيح المحتملة هو الأقل عشوائية، وبالتالي الأرجح أن يكون المفتاح الصحيح. إذا أُعيد استخدام مفتاح ما، فسيكون من الواضح أنه المفتاح الوحيد الذي يُنتج نصوصًا أصلية منطقية من كلا النصين المشفرين (احتمالية أن يُنتج مفتاح عشوائي خاطئ نصين أصليين منطقيين ضئيلة للغاية).

يصعب توليد أرقام عشوائية عالية الجودة. ولا تُناسب دوال توليد الأرقام العشوائية في معظم مكتبات لغات البرمجة الاستخدامات التشفيرية. وحتى تلك المولدات المناسبة للاستخدام التشفيري العادي، بما في ذلك /dev/random والعديد من مولدات الأرقام العشوائية للأجهزة ، قد تستخدم بعض الدوال التشفيرية التي لم يُثبت أمانها. ومن الأمثلة على تقنيات توليد العشوائية الخالصة قياس الانبعاثات الإشعاعية . ^{[ 19 ]}

على وجه الخصوص، يُعدّ الاستخدام لمرة واحدة ضروريًا للغاية. على سبيل المثال، إذا${\displaystyle p_{1}}$و${\displaystyle p_{2}}$يمثلان رسالتين نصيتين عاديتين مختلفتين، ويتم تشفير كل منهما بواسطة مفتاح مشترك.${\displaystyle k}$ثم تُعطى النصوص المشفرة المقابلة على النحو التالي:

${\displaystyle c_{1}=p_{1}\oplus k}$

${\displaystyle c_{2}=p_{2}\oplus k}$

أين${\displaystyle \oplus }$يعني XOR . إذا كان لدى المهاجم كلا النصين المشفرين${\displaystyle c_{1}}$و${\displaystyle c_{2}}$ثم ببساطة يتم أخذ عملية XOR لـ${\displaystyle c_{1}}$و${\displaystyle c_{2}}$ينتج عنه عملية XOR للنصين الأصليين${\displaystyle p_{1}\oplus p_{2}}$(وذلك لأن كل تدفق بتات يتم إجراء عملية XOR عليه مع نفسه يعطي 0، وهو العنصر المحايد لعملية XOR) ${\displaystyle p_{1}\oplus p_{2}}$وهذا يعادل تشفير المفتاح الجاري.

إذا كانت كلتا النصين الأصليين بلغة طبيعية (مثل الإنجليزية أو الروسية)، فإن احتمالية استعادة كل منهما باستخدام التحليل التشفيري الاستدلالي عالية جدًا ، مع احتمال وجود بعض الغموض. بالطبع، لا يمكن فك تشفير الرسالة الأطول إلا من خلال الجزء المتداخل مع الرسالة الأقصر، بالإضافة إلى جزء إضافي ربما عن طريق إكمال كلمة أو عبارة. وقد حدث أشهر استغلال لهذه الثغرة الأمنية في مشروع فينونا . ^{[ 20 ]}

نظرًا لأنّ المفتاح، كغيره من الأسرار المشتركة ، يجب تمريره وحفظه بأمان، ولأنّ طول المفتاح يجب أن يكون على الأقل مساويًا لطول الرسالة، فغالبًا لا جدوى من استخدام مفتاح لمرة واحدة، إذ يُمكن ببساطة إرسال النص الأصلي بدلًا من المفتاح (حيث يمكن أن يكون كلاهما بنفس الحجم ويجب إرسالهما بشكل آمن). ^{[ 16 ]} مع ذلك، بمجرد إرسال مفتاح طويل جدًا بشكل آمن (مثل قرص حاسوب مليء ببيانات عشوائية)، يُمكن استخدامه في العديد من الرسائل اللاحقة، حتى يُساوي مجموع أحجام الرسائل حجم المفتاح. كما يُقدّم توزيع المفاتيح الكمومية حلًا لهذه المشكلة، بافتراض وجود حواسيب كمومية مقاومة للأخطاء .

يُعدّ توزيع مفاتيح التشفير لمرة واحدة الطويلة جدًا أمرًا غير عملي، وعادةً ما يُشكّل خطرًا أمنيًا كبيرًا. ^{[ 2 ]} يُعتبر مفتاح التشفير في جوهره مفتاحًا للتشفير، ولكن على عكس مفاتيح التشفير الحديثة، يجب أن يكون طويلًا للغاية، ويصعب على البشر تذكّره. يمكن استخدام وسائط التخزين، مثل ذاكرة الفلاش أو أقراص DVD-R أو مشغلات الصوت الرقمية الشخصية ، لنقل مفتاح تشفير لمرة واحدة كبير الحجم من مكان إلى آخر بطريقة غير مثيرة للريبة، ولكن الحاجة إلى نقل المفتاح فعليًا تُشكّل عبئًا مقارنةً ببروتوكولات التفاوض على المفاتيح في أنظمة التشفير الحديثة ذات المفتاح العام. لا يمكن مسح هذه الوسائط بشكل موثوق وآمن بأي وسيلة سوى التدمير المادي (مثل الحرق). قرص  DVD-R بسعة 4.7 جيجابايت مليء ببيانات مفتاح التشفير لمرة واحدة، إذا تم تقطيعه إلى جزيئات بحجم 1 مم² (0.0016 بوصة مربعة ⁾ ، فإنه يترك أكثر من 4 ميغابت من البيانات على كل جزيء. بالإضافة إلى ذلك، فإن خطر اختراق البيانات أثناء النقل (على سبيل المثال، قيام نشال بتمرير لوحة المفاتيح ونسخها وإعادتها) يكون عمليًا أكبر بكثير من احتمالية اختراقها في حالة استخدام خوارزمية تشفير مثل AES . وأخيرًا، فإن الجهد المطلوب لإدارة مواد مفاتيح لوحة المفاتيح لمرة واحدة يتزايد بشكل كبير في الشبكات الكبيرة التي تضم عددًا كبيرًا من المستخدمين، حيث يزداد عدد لوحات المفاتيح المطلوبة مع مربع عدد المستخدمين الذين يتبادلون الرسائل بحرية. أما في حالة التواصل بين شخصين فقط، أو في بنية شبكة نجمية ، فإن هذه المشكلة أقل حدة.   

يجب التخلص من المادة الرئيسية بشكل آمن بعد استخدامها، لضمان عدم إعادة استخدامها وحماية الرسائل المرسلة. ^{[ 2 ]} ولأن المادة الرئيسية يجب نقلها من نقطة نهاية إلى أخرى، وتبقى حتى إرسال الرسالة أو استلامها، فقد تكون أكثر عرضة للاستعادة الجنائية من النص العادي المؤقت الذي تحميه (بسبب احتمالية بقاء البيانات).

As traditionally used, one-time pads provide no message authentication, the lack of which can pose a security threat in real-world systems. For example, an attacker who knows that the message contains "meet jane and me tomorrow at three thirty pm" can derive the corresponding codes of the pad directly from the two known elements (the encrypted text and the known plaintext). The attacker can then replace that text by any other text of exactly the same length, such as "three thirty meeting is cancelled, stay home". The attacker's knowledge of the one-time pad is limited to this byte length, which must be maintained for any other content of the message to remain valid. This is different from malleability^[21] where the plaintext is not necessarily known. Without knowing the message, the attacker can also flip bits in a message sent with a one-time pad, without the recipient being able to detect it. Because of their similarities, attacks on one-time pads are similar to attacks on stream ciphers.^[22]

Standard techniques to prevent this, such as the use of a message authentication code can be used along with a one-time pad system to prevent such attacks, as can classical methods such as variable length padding and Russian copulation, but they all lack the perfect security the OTP itself has. Universal hashing provides a way to authenticate messages up to an arbitrary security bound (i.e., for any p > 0, a large enough hash ensures that even a computationally unbounded attacker's likelihood of successful forgery is less than p), but this uses additional random data from the pad, and some of these techniques remove the possibility of implementing the system without a computer.

Due to its relative simplicity of implementation, and due to its promise of perfect secrecy, one-time-pad enjoys high popularity among students learning about cryptography, especially as it is often the first algorithm to be presented and implemented during a course. Such "first" implementations often break the requirements for information theoretical security in one or more ways:

• يتم توليد المفتاح باستخدام خوارزمية ما، تقوم بتوسيع قيمة صغيرة واحدة أو أكثر إلى مفتاح أطول يُستخدم لمرة واحدة. ينطبق هذا على جميع الخوارزميات، بدءًا من العمليات الحسابية الأساسية غير الآمنة مثل توسيع الجذر التربيعي للأعداد العشرية، وصولًا إلى مولدات الأرقام العشوائية شبه العشوائية المعقدة والآمنة تشفيرياً (CSPRNGs). لا يُعد أي من هذه التطبيقات مفتاحًا لمرة واحدة، بل هو تشفير متدفق بحكم التعريف. يجب توليد جميع المفاتيح لمرة واحدة بواسطة عملية غير خوارزمية، مثل مولد أرقام عشوائية مادي .
• يتم تبادل المفتاح باستخدام أساليب غير آمنة نظريًا من الناحية المعلوماتية. إذا تم تشفير المفتاح لمرة واحدة باستخدام خوارزمية غير آمنة نظريًا من الناحية المعلوماتية للتسليم، فإن أمان نظام التشفير يعتمد فقط على آلية التسليم غير الآمنة. من آليات التسليم الشائعة المعيبة للمفتاح لمرة واحدة نظام تشفير هجين قياسي يعتمد على التشفير المتناظر للمفتاح لتشفير المفتاح، والتشفير غير المتناظر لتسليم المفتاح المتناظر. من الطرق الآمنة الشائعة لتسليم المفتاح لمرة واحدة توزيع المفاتيح الكمومية ، أو خدمة التوصيل السريع ، أو التسليم السري .
• لا يتضمن التنفيذ آلية مصادقة آمنة بشكل مطلق مثل رمز مصادقة الرسائل لمرة واحدة .
• يتم إعادة استخدام اللوحة (تم استغلالها خلال مشروع فينونا ، على سبيل المثال). ^{[ 23 ]}
• لا تتلف الوسادة فور استخدامها.

على الرغم من مشاكلها، لا تزال لوحة التشفير لمرة واحدة تحتفظ ببعض الأهمية العملية. ففي بعض حالات التجسس الافتراضية، قد تكون هذه اللوحة مفيدة لأن التشفير وفك التشفير يمكن حسابهما يدويًا باستخدام قلم رصاص وورقة فقط. أما جميع أنواع التشفير الأخرى عالية الجودة فهي غير عملية تمامًا بدون أجهزة الكمبيوتر. ولكن في عالمنا المعاصر، أصبحت أجهزة الكمبيوتر (مثل تلك المدمجة في الهواتف المحمولة ) منتشرة على نطاق واسع لدرجة أن امتلاك جهاز كمبيوتر مناسب لإجراء التشفير التقليدي (على سبيل المثال، هاتف يمكنه تشغيل برامج تشفير مخفية) لن يثير الشكوك عادةً.

• يُعد نظام التشفير لمرة واحدة النظام الأمثل الذي يتمتع بسرية مثالية نظرياً. ^{[ 17 ]}
• تُعدّ طريقة التشفير لمرة واحدة من أكثر طرق التشفير العملية، حيث يتطلب الأمر من أحد الطرفين أو كليهما القيام بالعمل يدويًا بالكامل، دون استخدام الحاسوب. وقد جعلها هذا الأمر بالغة الأهمية في عصر ما قبل الحواسيب، ومن الممكن أن تظل مفيدة في الحالات التي يكون فيها امتلاك الحاسوب غير قانوني أو مُجرِّمًا، أو في حال عدم توفر حواسيب موثوقة.
• تعتبر لوحات المفاتيح لمرة واحدة عملية في الحالات التي يجب أن يكون فيها طرفان في بيئة آمنة قادرين على الانفصال عن بعضهما البعض والتواصل من بيئتين آمنتين منفصلتين بسرية تامة.
• يمكن استخدام مفتاح التشفير لمرة واحدة في التشفير الفائق . ^{[ 24 ]}
• الخوارزمية الأكثر شيوعًا المرتبطة بتوزيع المفاتيح الكمومية هي خوارزمية المفتاح لمرة واحدة. ^{[ 25 ]}
• يتم محاكاة المفتاح لمرة واحدة بواسطة تشفيرات التدفق . ^{[ 22 ]}
• غالباً ما ترسل محطات الأرقام رسائل مشفرة باستخدام مفتاح لمرة واحدة. ^{[ 2 ]}

يُستخدم مفتاح التشفير لمرة واحدة بشكل شائع في التشفير الكمومي، وذلك بالاقتران مع توزيع المفاتيح الكمومية (QKD). يرتبط توزيع المفاتيح الكمومية عادةً بمفتاح التشفير لمرة واحدة لأنه يوفر طريقة لتوزيع مفتاح سري مشترك طويل بشكل آمن وفعال (بافتراض وجود أجهزة شبكات كمومية عملية ). تستخدم خوارزمية توزيع المفاتيح الكمومية خصائص الأنظمة الكمومية لتمكين طرفين من الاتفاق على سلسلة مشتركة عشوائية بشكل منتظم. كما تستطيع خوارزميات توزيع المفاتيح الكمومية، مثل BB84 ، تحديد ما إذا كان طرف معادٍ يحاول اعتراض بيانات المفتاح، وتسمح بالاتفاق على مفتاح سري مشترك بتبادل عدد قليل نسبيًا من الرسائل وتكلفة حسابية منخفضة نسبيًا. على مستوى عالٍ، تعمل هذه المخططات بالاستفادة من الطريقة التدميرية لقياس الحالات الكمومية لتبادل سر وكشف أي تلاعب. في ورقة BB84 الأصلية، تم إثبات أن مفتاح التشفير لمرة واحدة، مع توزيع المفاتيح عبر توزيع المفاتيح الكمومية، هو مخطط تشفير آمن تمامًا . ^{[ 25 ]} مع ذلك، تعتمد هذه النتيجة على تطبيق نظام توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) بشكل صحيح عمليًا. توجد هجمات على أنظمة QKD في العالم الحقيقي. على سبيل المثال، لا ترسل العديد من الأنظمة فوتونًا واحدًا (أو أي جسم آخر في الحالة الكمومية المطلوبة) لكل بت من المفتاح بسبب قيود عملية، ويمكن للمهاجم اعتراض وقياس بعض الفوتونات المرتبطة بالرسالة، والحصول على معلومات حول المفتاح (أي تسريب معلومات حول لوحة التشفير)، مع تمرير فوتونات غير مقاسة تتوافق مع نفس بت المفتاح. ^{[ 26 ]} يمكن أيضًا أن يؤدي دمج QKD مع لوحة تشفير لمرة واحدة إلى تخفيف متطلبات إعادة استخدام المفتاح. في عام 1982، أظهر بينيت وبراسارد أنه إذا لم يكتشف بروتوكول QKD أن خصمًا كان يحاول اعتراض مفتاح متبادل، فيمكن إعادة استخدام المفتاح بأمان مع الحفاظ على سرية تامة. ^{[ 27 ]}

تُعدّ لوحة التشفير لمرة واحدة مثالاً على التشفير ما بعد الكمومي، لأنّ السرية التامة تعريفٌ للأمان لا يعتمد على الموارد الحاسوبية للخصم. وبالتالي، حتى لو امتلك خصمٌ حاسوبًا كموميًا، فلن يتمكن من الحصول على معلوماتٍ إضافية حول رسالةٍ مُشفّرةٍ بلوحة التشفير لمرة واحدة، مقارنةً بخصمٍ يمتلك حاسوبًا تقليديًا فقط.

استُخدمت دفاتر الرسائل لمرة واحدة في ظروف خاصة منذ أوائل القرن العشرين. ففي عام ١٩٢٣، استخدمتها المؤسسة الدبلوماسية الألمانية في الاتصالات الدبلوماسية. ^{[ ٢٨ ]} وبدأ الجهاز الدبلوماسي لجمهورية فايمار باستخدام هذه الطريقة حوالي عام ١٩٢٠. ويبدو أن اختراق البريطانيين للتشفير السوفيتي الضعيف ، ونشر الرسائل لأسباب سياسية في حالتين خلال عشرينيات القرن العشرين ( قضية أركوس )، قد دفع الاتحاد السوفيتي إلى اعتماد دفاتر الرسائل لمرة واحدة لبعض الأغراض بحلول عام ١٩٣٠ تقريبًا. ومن المعروف أيضًا أن جواسيس المخابرات السوفيتية (كي جي بي) استخدموا دفاتر الرسائل لمرة واحدة المصنوعة من القلم والورق في الآونة الأخيرة. ومن الأمثلة على ذلك العقيد رودولف أبيل ، الذي أُلقي القبض عليه وأُدين في مدينة نيويورك في خمسينيات القرن العشرين، و"كروجر" (أي موريس ولونا كوهين )، اللذان أُلقي القبض عليهما وأُدينا بالتجسس في المملكة المتحدة في أوائل ستينيات القرن العشرين. وقد عُثر بحوزة كليهما على دفاتر رسائل لمرة واحدة.

استخدمت عدة دول أنظمة التشفير لمرة واحدة لتشفير مراسلاتها الحساسة. ويذكر ليو ماركس أن جهاز العمليات الخاصة البريطاني استخدم هذه الأنظمة خلال الحرب العالمية الثانية لتشفير الرسائل بين مكاتبه. وقد تم إدخال أنظمة التشفير لمرة واحدة لاستخدامها مع عملائه في الخارج في أواخر الحرب. ^{[ 12 ]} ومن بين أجهزة التشفير البريطانية التي تعمل بنظام التشفير لمرة واحدة جهازا روكيكس ونورين . كما كان جهاز شتازي الألماني (Sprach Machine) قادرًا على استخدام هذا النظام ، وهو ما استخدمته ألمانيا الشرقية وروسيا وحتى كوبا لإرسال رسائل مشفرة إلى عملائها. ^{[ 29 ]}

كان جهاز تشفير الصوت SIGSALY، الذي استُخدم خلال الحرب العالمية الثانية، نظامًا يُستخدم لمرة واحدة. إذ كان يُضيف ضوضاءً إلى الإشارة من جهة، ويُزيلها من الجهة الأخرى. وتم توزيع الضوضاء على طرفي القناة على شكل أسطوانات كبيرة من الشيلاك، صُنعت في أزواج فريدة. وقد ظهرت مشكلات في تزامن بدء التشغيل، بالإضافة إلى مشكلات انحراف الطور على المدى الطويل، وكان لا بد من حلها قبل استخدام النظام. ^{[ 30 ]}

استُخدم خط الاتصال الساخن بين موسكو وواشنطن العاصمة ، الذي أُنشئ عام 1963 عقب أزمة الصواريخ الكوبية عام 1962 ، أجهزة التلكس المحمية بنظام شريط تجاري يُستخدم لمرة واحدة. وكانت كل دولة تُعدّ أشرطة التشفير المستخدمة لتشفير رسائلها وتُرسلها عبر سفارتها في الدولة الأخرى. ومن المزايا الفريدة لنظام الشريط لمرة واحدة في هذه الحالة، أنه لم يكن على أي من الدولتين الكشف عن أساليب التشفير الأكثر حساسية للأخرى. ^{[ 31 ]}

استخدمت القوات الخاصة التابعة للجيش الأمريكي لوحات مفاتيح لمرة واحدة في فيتنام. وباستخدام شفرة مورس مع لوحات المفاتيح هذه، بالإضافة إلى الإرسال اللاسلكي ذي الموجة المستمرة (الناقل لشفرة مورس)، حققوا السرية والاتصالات الموثوقة. ^{[ 32 ]}

ابتداءً من عام ١٩٨٨، استخدم المؤتمر الوطني الأفريقي (ANC) أقراصًا إلكترونية ذات مفاتيح لمرة واحدة كجزء من نظام اتصالات آمن بين قادة المؤتمر خارج جنوب أفريقيا وعناصره داخل البلاد، وذلك ضمن عملية فولا ^{[ ٣٣ ]} ، وهي جهد ناجح لبناء شبكة مقاومة داخل جنوب أفريقيا. كانت الأرقام العشوائية على القرص تُمسح بعد الاستخدام. وكانت مضيفة طيران بلجيكية تعمل كحاملة أقراص المفاتيح. وكانت هناك حاجة إلى إعادة تزويد منتظمة بأقراص جديدة نظرًا لاستهلاكها السريع. إحدى مشكلات النظام كانت عدم إمكانية استخدامه لتخزين البيانات بشكل آمن. لاحقًا، أضافت فولا تشفيرًا متسلسلًا مُشفّرًا برموز كتابية لحل هذه المشكلة. ^{[ ٣٤ ]}

ثمة مفهوم ذو صلة هو الشفرة لمرة واحدة - وهي إشارة تُستخدم مرة واحدة فقط؛ على سبيل المثال، "ألفا" للدلالة على "إتمام المهمة"، و"برافو" للدلالة على "فشل المهمة"، أو حتى "تورش" للدلالة على " غزو الحلفاء لشمال أفريقيا الفرنسية " ^{[ 35 ]} ، ولا يمكن "فك تشفيرها" بأي معنى منطقي للكلمة. يتطلب فهم الرسالة معلومات إضافية، غالبًا ما تكون "عمق" التكرار، أو تحليلًا لحركة البيانات . ومع ذلك، فإن هذه الاستراتيجيات (على الرغم من استخدامها غالبًا من قبل عملاء حقيقيين ومدربي البيسبول ) ^{[ 36 ]} لا تُعدّ مفتاح تشفير لمرة واحدة بأي شكل من الأشكال.

At least into the 1970s, the U.S. National Security Agency (NSA) produced a variety of manual one-time pads, both general purpose and specialized, with 86,000 one-time pads produced in fiscal year 1972. Special purpose pads were produced for what the NSA called "pro forma" systems, where "the basic framework, form or format of every message text is identical or nearly so; the same kind of information, message after message, is to be presented in the same order, and only specific values, like numbers, change with each message." Examples included nuclear launch messages and radio direction finding reports (COMUS).^{[37]:pp. 16–18}

General purpose pads were produced in several formats, a simple list of random letters (DIANA) or just numbers (CALYPSO), tiny pads for covert agents (MICKEY MOUSE), and pads designed for more rapid encoding of short messages, at the cost of lower density. One example, ORION, had 50 rows of plaintext alphabets on one side and the corresponding random cipher text letters on the other side. By placing a sheet on top of a piece of carbon paper with the carbon face up, one could circle one letter in each row on one side and the corresponding letter on the other side would be circled by the carbon paper. Thus one ORION sheet could quickly encode or decode a message up to 50 characters long. Production of ORION pads required printing both sides in exact registration, a difficult process, so NSA switched to another pad format, MEDEA, with 25 rows of paired alphabets and random characters. (SeeCommons:Category:NSA one-time pads for illustrations.)

The NSA also built automated systems for the "centralized headquarters of CIA and Special Forces units so that they can efficiently process the many separate one-time pad messages to and from individual pad holders in the field".^{[37]:pp. 21–26}

خلال الحرب العالمية الثانية وحتى خمسينيات القرن العشرين، استخدمت الولايات المتحدة على نطاق واسع أنظمة الأشرطة أحادية الاستخدام. فبالإضافة إلى توفير السرية، كانت الدوائر المؤمنة بهذه الأشرطة تعمل باستمرار، حتى في غياب أي حركة مرور، مما يحميها من تحليل البيانات . في عام 1955، أنتجت وكالة الأمن القومي الأمريكية حوالي 1,660,000 لفة من هذه الأشرطة. كان قطر كل لفة 8 بوصات، وتحتوي على 100,000 حرف، وتستغرق 166 دقيقة، وتكلفة إنتاجها 4.55 دولار. وبحلول عام 1972، انخفض الإنتاج إلى 55,000 لفة فقط، حيث استُبدلت الأشرطة أحادية الاستخدام بأجهزة دوارة مثل SIGTOT، ولاحقًا بأجهزة إلكترونية تعتمد على مسجلات الإزاحة . ^{[ 37 ] : الصفحات 39-44} تصف وكالة الأمن القومي أنظمة الشريط لمرة واحدة مثل 5-UCO وSIGTOT بأنها كانت تستخدم لحركة المعلومات الاستخباراتية حتى إدخال نظام التشفير الإلكتروني KW-26 في عام 1957. ^{[ 38 ]}

على الرغم من أن المفاتيح التي تُستخدم لمرة واحدة توفر سرية تامة إذا تم إنشاؤها واستخدامها بشكل صحيح، إلا أن الأخطاء الصغيرة يمكن أن تؤدي إلى تحليل تشفير ناجح:

• في عامي 1944-1945، تمكن جهاز الاستخبارات الإلكترونية التابع للجيش الأمريكي من فك شفرة نظام التشفير ذي المفتاح الواحد الذي استخدمته وزارة الخارجية الألمانية في اتصالاتها رفيعة المستوى، والذي يحمل الاسم الرمزي GEE. ^{[ 39 ]} كان نظام GEE غير آمن لأن المفاتيح لم تكن عشوائية بما فيه الكفاية، إذ أن الجهاز المستخدم لتوليد المفاتيح كان ينتج مخرجات متوقعة.
• في عام ١٩٤٥، اكتشفت الولايات المتحدة أن الرسائل بين كانبرا وموسكو كانت تُشفّر أولاً باستخدام دفتر رموز، ثم باستخدام مفتاح تشفير لمرة واحدة. إلا أن مفتاح التشفير المستخدم كان نفسه الذي استخدمته موسكو لرسائل واشنطن العاصمة وموسكو. وبالإضافة إلى احتواء بعض هذه الرسائل على وثائق حكومية بريطانية معروفة، فقد مكّن ذلك من فك تشفير بعض الرسائل.
• استخدمت وكالات التجسس السوفيتية لوحات مفاتيح لمرة واحدة للتواصل السري مع العملاء ومراقبيهم. وقد أظهر التحليل أن هذه اللوحات كانت تُنتج بواسطة كتّاب باستخدام آلات كاتبة حقيقية. هذه الطريقة ليست عشوائية تمامًا، إذ تجعل اللوحات أكثر عرضة لاحتواء تسلسلات مفاتيح معينة بشكل متكرر. وقد أثبتت هذه الطريقة فعاليتها بشكل عام، لأن اللوحات ظلت غير قابلة للتنبؤ إلى حد ما، نظرًا لعدم اتباع الكتّاب لقواعد محددة، ولأن كل كاتب أنتج أنماطًا مختلفة من اللوحات. وبدون نسخ من مادة المفاتيح المستخدمة، لم يكن هناك أمل يُذكر في فك التشفير سوى وجود خلل في طريقة الإنتاج أو إعادة استخدام المفاتيح. بدءًا من أواخر الأربعينيات، تمكنت وكالات الاستخبارات الأمريكية والبريطانية من فك بعض عمليات إرسال لوحات المفاتيح السوفيتية لمرة واحدة إلى موسكو خلال الحرب العالمية الثانية، نتيجة لأخطاء وقعت في إنتاج وتوزيع مادة المفاتيح. ويُشير أحد التفسيرات إلى أن موظفي مركز موسكو كانوا في عجلة من أمرهم بسبب وجود القوات الألمانية خارج موسكو في أواخر عام 1941 وأوائل عام 1942، وقاموا بإنتاج أكثر من نسخة من مادة المفاتيح نفسها خلال تلك الفترة. أُطلق على هذا الجهد الذي استمر لعقود اسم "فينونا" (وكان "برايد" اسمًا سابقًا)؛ وقد أسفر عن كمية كبيرة من المعلومات. ومع ذلك، لم يتم فك تشفير سوى نسبة ضئيلة من الرسائل المُعترضة، سواء كليًا أو جزئيًا (بضعة آلاف من أصل مئات الآلاف). ^{[ 23 ]}