Hierbei handelt es sich um die einzige, theoretisch als sicher geltende Chiffre. Die Verschlüsselung erfolgt nach dem Prinzip der VIGENERE-Chiffre, jedoch verwendet man als Schlüssel eine Zufallsfolge von Buchstaben, deren Länge mit der Länge des Klartextes übereinstimmt.
In der Regel werden one-time-tapes als binäre VIGENERE-Chiffren realisiert: Klartext und Schlüssel sind dann als Dualzahlen dargestellt und werden modulo 2 addiert. Unter diesen Bedingungen ist die Chiffre involutorisch, d.h., das zweimalige Anwenden der Chiffre liefert wieder den Klartext. Die technische Ausführung von binären VIGENERE-Chiffren erfolgt durch Schieberegisterschaltungen. Darunter versteht man Schaltungen, die nach bestimmten Regeln aus Speicherbausteinen, die die Zustände 0 oder 1 annehmen können, und Schaltern zusammengesetzt sind.