ワンタイムパッド
OTPの作成配布は主に4パターンに分類される。
単線型:一対一で一方的な指令・報告形式であり同じOTPを1冊ずつ配布する。最もシンプルな形式でもある。
複線型:一対ーで相互に着発信する形式であり異なるOTPを2冊ずつ配布する、もしくは1冊を配布して乱数が重複しないよう開始位置を分かち合う。
放線型:放送形式であり、放送者と各受信者に同じOTPを1冊ずつ配布する。
星型:複数が相互に着発信する形式であり同じOTPを各1冊ずつ配布し開始位置を分かち合う。各個の受発信量に見合う開始位置規制が必要である。
ただし、 X {\displaystyle X} と C {\displaystyle C} は互いに独立になる必要があり、そのためには鍵となる乱数列 K {\displaystyle K} が独立同分布(IID)となる必要がある。 例えば運用方法の誤りで解読可能となる場合がある。乱数表の流出はもちろんだが、乱数の使いまわしも暗号強度の低下を招くので注意が必要である。たとえば、OTP乱数表の使い回しを元にして解読したのが、ベノナプロジェクトである。戦場で回収された暗号表がアメリカ国家安全保障局に回され、OTP乱数表を前線と米国駐在情報官の両方で使った事に気がついた。OTP乱数表といえども2度使えば解読が出来た。その結果ローゼンバーグ夫妻たちのスパイ網が摘発された。冷戦中であり暗号解読の事実をソ連に認知される事を回避するため、暗号解読のことは裁判では全く公開されなかった。冤罪疑惑が残るまま夫妻は死刑になったが、近年、ソ連のスパイである事が確認されるも、夫人は冤罪疑惑が残る。
乱数の作成は想像よりも困難である。数式を使って規則的に作ると、乱数列から元の式が再現される可能性がある。人が無作為に選択してもその癖が出る。通信量と同じ長さの乱数を作成、配布するのは労力が掛かるので、それに見合う重要通信に用いるのが望ましい。例えば米ソ・ホットラインやスパイ通信である。
乱数の配布・保管にも注意が必要である。配布、保存時に裏切り、窃盗、盗写が出来る。また、廃棄後のゴミから復元・再生される事がある。
なお、バーナム暗号と混同される事があるが、ワンタイムパッドを利用しないバーナム暗号もある。
ワンタイムパッドの最大の難点であり弱点は、事前に十分な量の秘密情報を共有しなければならない点である。ここで、なぜ「事前に」でなければならないか、ということを考えると、本文の通信時に、同時に同じだけの情報量の鍵を送っても安全なような秘匿性の高い回線があるのならば、そちらで本文ごと送ってしまえば良いからである。
そのため、ワンタイムパッドの最も多い利用法は、暗号の本文ではなく、鍵配送問題の解決である。一般に鍵配送問題の解決は困難だが、一般の暗号では鍵は本文に比べごく小さいのであるから、その鍵だけを確実に安全に送受信するためにワンタイムパッドを使用する。この場合、量は多くないものの、秘密情報の事前の共有は必要である。
量子暗号と総称される分野の研究の目的はさまざまであるが、実現が目指されていることのひとつに、事前の手続きに依らない情報の共有がある。それを利用することにより、前述した、ワンタイムパッドを利用した鍵の通信と同等のことが、事前の秘密情報の共有を必要とせず実現できる。量子の性質を利用した暗号プロトコルが量子暗号プロトコルであるが、その一つであるBB84などは、そのような事前の共有なしの情報共有を利用したプロトコルである。(It is usually explained as a method of securely communicating a private key from one party to another for use in one-time pad encryption. (英語版WikipediaのBB84の記事より))