Leon Battista Alberti, alla fine del suo Trattato della cifra, scrive:
Nunc de scribendi ratione a nobis inuenta dicendum sequitur. Habet ea quidem has commoditates, nulla omnium qua quis uti possit cyfra expeditior: nulla scribitur commodius, nulla ubi ex instituto modum teneas, promptius apertiusque legitur[...]↑
Alberti propone quindi diverse cifre che fanno uso del medesimo strumento, un doppio disco che Alberti chiama formula, formato da due cerchi concentrici di bronzo o altro materiale: quello esterno detto stabile con 24 caselle contenenti, in maiuscolo rosso, ordinate, le 20 lettere dell'alfabeto latino, con la Z (ABCDEFGILMNOPQRSTVXZ) ed escluse le rare H, K (J, U, W, Y dell'alfabeto latino classico non facevano parte), seguite dai numeri 1 2 3 4 per il testo chiaro; quello interno detto mobile, con in nero 24 lettere minuscole (nell'esempio a fianco le 20 latine classiche più h, k, y, &(*)) in ordine casuale, disordinato. Questa norma del disordine è fondamentale; altrimenti si ha una cifra di Cesare o di Vigenère. Nella figura interattiva a fianco, si possono visualizzare alcune chiavi usate dai vari manoscritti esistenti del trattato.
Mantenendo il disco interno in una posizione fissata il disco realizza una lista cifrante monoalfabetica con i numeri 1,2,3,4 come nulle.
I tre metodi di cifratura proposti dall'Alberti nel suo trattato sono più sofisticati e sicuri:
I due corrispondenti, i soliti Alice e Bob, concordano una lettera minuscola, per esempio k come chiave segreta; il mittente ruota il disco mobile fino a portare k sotto una maiuscola per esempio B che viene scritta come prima lettera del cifrato, dopo di ché si cifrano alcune lettere con la lista risultante, quindi si ruota il disco interno a caso di alcune posizioni, ottenendo una nuova lista. Il cambio di lista viene segnalato scrivendo la maiuscola sotto la quale si trova ora la k; e così via ad ogni cambiamento di lista.
Esempio: volendo cifrare il messaggio "INVIARE RINFORZI DOMANI" con il disco interattivo qui a destra, si inseriscono a casaccio alcune nulle, poi si cifra cambiando lista, sempre a caso, 3 volte:
chiaro INVIARERINFORZIDOMANI con nulle INV1IA R2ERI4NF1O RZID 3OMANI cifrato BeghyeoLeiqeolpcafPpmylZfhrsla
La decifratura procede a rovescio: il destinatario legge a inizio cifrato B, porta k sotto B e decifra con questa lista fino alla prossima maiuscola, in questo esempio L; allora porta k sotto L decifra i seguenti caratteri secondo la nuova lista fino alla prossima maiuscola e così via.
La sicurzza si basa quindi, oltre che sulla lettera minuscola, anche e soprattutto sul disco interno, quello disordinato, che è in effetti parte della chiave; Alice e Bob devono possederne due copie identiche e se vogliono cambiare la chiave devono realizzarne un altro, diversamente disordinato.
Le lettere maiuscole costituiscono però un aiuto non solo per il corrispondente ma anche per il nemico; per aumentare la sicurezza l'Alberti suggerisce di usare come chiave una maiuscola per esempio B e di scrivere a inizio messaggio la minuscola corrispondente, nel nostro esempio k, e di usare poi le quattro cifre non più come nulle ma per segnalare il cambio di alfabeto; la lettera minuscola corrispondente al numero sarà la nuova chiave e la si porterà sotto B; l'esempio precedente diventa allora:
chiaro INVIARERINFORZIDOMANI con cifre INVIA1RERINFO4RZID2OMANI cifrato kegheoydjdbzosnetoyiocajy
Il cifrato coincide con il precedente solo all'inizio; non ci sono più lettere maiuscole; la decifratura procede come sopra: il destinatario porta la prima lettera k a coincidere con B e decifra con questa lista fino a quando non ottiene il numero 1, in questo esempio in corrispondenza della y; allora ruota il disco fino a far coincidere la y con la B e così fino a trovare un altra cifra.
In alternativa si potrebbe usare una sola cifra come simbolo di cambio lista, e le altre 3 come nulle.
Come detto sopra la sicurezza si basa soprattutto sul disco interno che è una permutazione dell'alfabeto a 24 lettere. Un difetto è che per la sua natura questa chiave non può essere ritenuta a memoria, e il disco deve essere custodito in luogo sicuro. L'uso del disco non è poi tanto comodo, e nel caso si renda necessario cambiare la chiave, occorre realizzarne uno nuovo.
Certamente i due sistemi descritti dall'Alberti sono più sicuri di tante cifre posteriori, come è stato spesso ribadito; prima tra tutte la tavola di Vigenère se usata con chiavi brevi facili da ricordare a memoria, è meno sicura, ma operativamente più facile da usare.
Questo disco e i due modi di cifrare non ottennero il successo che avrebbero meritato, un po' per la complicazione del sistema di cifratura, ma anche e soprattutto per la decisione dell'Alberti di tenere segreto il suo trattato, che fu pubblicato postumo, nella traduzione in italiano di Cosimo Bartoli, nel 1568 a Venezia insieme ad altri suoi "Opuscoli Morali" e passò quasi inosservato, mescolato tra le opere minori dell'Alberti.
In realtà manoscritti del trattato erano arrivati ben prima del 1568 in diverse cancellerie, sicuramente a Roma e a Venezia ed erano quindi noti ai cifristi vaticani e veneziani, che peraltro preferirono sempre l'uso dei nomenclatori a cifre polialfabetiche come questa o quelle di Bellaso e Vigenère, considerate poco adatte a messaggi molto lunghi e troppo complicate e facili ad errori da parte dei segretari addetti alla cifra.
Solo nell'ultimo secolo il disco di Alberti è stato riscoperto e rivalutato ed è anzi diventato un'icona della crittografia.