Máquinas de cifragem com rotores trabalham com uma sequência de substituições monoalfabéticas, alternadas a cada letra do texto claro. Esta troca de alfabeto cifrante a cada letra é efetuada por um "rotor". Para entender o princípio de funcionamento destas máquinas, vamos inicialmente ver como funciona um rotor.

O princípio da substituição

Fig. 1 - Disco rotor com contatos (face de saída)

Fig. 2 - Disco rotor com contatos (face de entrada)

Um rotor é constituído por um disco que possui contatos na borda externa em ambas as faces. O número de contatos é igual ao número de letras que o alfabeto do disco possui. Os contatos da face A estão ligados aos contatos da face B de forma irregular. Por exemplo, o contato 1 é ligado ao 5, o 2 ao 18, etc. Como consequência dos contatos trocados obtém-se uma substituição monoalfabética que ocorre da seguinte maneira:

• Numa das faces - a face de entrada - os contatos são ligados a um teclado. Na outra face - a face de saída - os contatos são ligados a pequenas lâmpadas identificadas por uma letra ou são ligados a uma impressora ou outro dispositivo de impressão.
• Na face de entrada cada uma das teclas do teclado está ligada a um contato. Como as ligações entre os contatos da face de entrada e os da face de saída estão trocados, a saída é de letras diferentes das correspondentes à face de entrada.

Fig. 3 - Contatos trocados no rotor da máquina Enigma

Fig. 4 - Contatos trocados no rotor Hebern

Na tabela abaixo está um exemplo fictício do que pode ocorrer. A primeira linha corresponde às letras do teclado. A segunda linha contém a sequência dos contatos da face de entrada, nesta etapa do exemplo ligados aos contatos das letras correspondentes do teclado. A terceira contém a sequência das ligações entre os contatos da face de entrada e os da face de saída e, finalmente, a quarta linha indica a letra cifrada, resultado da substituição.

No exemplo foi ressaltada a letra "a" do teclado, ligada ao contato da letra "A" na face de entrada. Esta, por sua vez, está ligada ao contato que corresponde à letra "K" na face de saída. Como resultado, a letra "a" é substituída pela letra "K".

Da mesma forma podemos verificar que a letra "i", por exemplo, será substituída pela letra "H", a "e" por "C" e assim por diante.

O princípio da rotação

Após a substituição de uma letra, o rotor é girado para ocupar uma nova posição. Desta forma é obtida uma substituição polialfabética.

Substituindo as letras por números (o que não altera o processo), vamos analisar o exemplo acima depois do rotor ter rodado uma posição: a letra "a" do teclado se encontra agora no contato Z=25, a letra "b" do teclado no contato A=00 e assim sucessivamente. Observe as tabelas abaixo:

Na posição inicial, a letra "a" do teclado foi substituída pela letra "K". Após o avanço de uma posição do rotor, a mesma letra "a" passa a ser substituída por "G".