Geisterschiffe, Kornkreise und weiches Gold: Ein GPS-Rätsel in Shanghai

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In einer schwülen Sommernacht im Juli 2019 hat die MV Manukai erreichte den Hafen von Shanghai nahe der Mündung des Huangpu-Flusses. Dieser geschäftige Nebenfluss des Jangtse schlängelt sich durch die Stadt und umfasst den Bund, ein historisches Hafengebiet und touristischer Hotspot. Shanghai wäre die letzte Station des amerikanischen Containerschiffs in China, bevor es seine lange Heimreise nach Long Beach, Kalifornien, antritt.

Während die Crew das 700-Fuß-Schiff vorsichtig durch den verkehrsreichsten Hafen der Welt manövrierte, beobachtete der Kapitän seine Navigationsbildschirme genau. Nach internationalem Recht müssen alle außer den kleinsten Handelsschiffen Transponder für automatische Identifikationssysteme (AIS) installieren. Alle paar Sekunden senden diese Geräte ihre Identität, Position, ihren Kurs und ihre Geschwindigkeit und zeigen AIS-Daten von anderen Schiffen in der Umgebung an, was dazu beiträgt, überfüllte Wasserstraßen sicher zu halten. Die Positionsdaten dieser Transponder stammen von GPS-Satelliten.

Schweben.Erde

Laut der Manukai Auf den Bildschirmen von dampfte ein anderes Schiff mit etwa sieben Knoten (acht Meilen pro Stunde) denselben Kanal hinauf. Plötzlich verschwand das andere Schiff aus der AIS-Anzeige. Ein paar Minuten später zeigte der Bildschirm das andere Schiff wieder am Dock. Dann war es im Kanal und bewegte sich wieder, dann zurück zum Dock, dann wieder weg.

Schließlich nahm der Kapitän verwirrt sein Fernglas und suchte den Hafen ab. Das andere Schiff hatte die ganze Zeit am Dock gelegen.

Als es Zeit für die war Manukai Um seinen eigenen Liegeplatz anzusteuern, begann die Brücke von mehreren Alarmen zu hallen. Beide GPS-Einheiten des Schiffs – aus Redundanzgründen waren zwei mitgeführt – hatten ihre Signale verloren, und der AIS-Transponder war ausgefallen. Selbst ein Notrufsystem der letzten Stunde, das sich ebenfalls auf GPS stützte, konnte keine Lösung finden.

Jetzt zeigen neue Forschungsergebnisse und bisher ungesehene Daten, dass die Manukai , und Tausende anderer Schiffe in Shanghai im letzten Jahr, wurden Opfer einer mysteriösen neuen Waffe, die in der Lage ist, GPS-Systeme auf eine noch nie dagewesene Weise zu manipulieren.

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Niemand weiß, wer hinter diesem Spoofing steckt oder was sein letztendlicher Zweck sein könnte. Diese Schiffe könnten unfreiwillige Testobjekte für ein ausgeklügeltes elektronisches Kriegsführungssystem sein oder Kollateralschäden in einem Konflikt zwischen Umweltkriminellen und dem chinesischen Staat, der bereits Dutzende von Schiffen und Menschenleben gefordert hat. Aber eines ist sicher: In Shanghai tobt ein unsichtbarer elektronischer Krieg um die Zukunft der Navigation, und GPS verliert.

Das Mysterium vertieft sich

Obwohl die Manukai Schließlich sicher angedockt, war sein Kapitän besorgt genug, um später am Tag einen Bericht beim Navigationszentrum der US-Küstenwache einzureichen, das die Daten sammelt Berichte über GPS-Ausfälle weltweit.

Alle [Antennen-]Verbindungen seien gesichert und trocken, schrieb er. Es gab keine anderen Probleme mit diesen Einheiten. [Ich] vermute, dass an diesem Liegeplatz eine Störung des GPS-Signals auftritt.

Tatsächlich geschah etwas viel Gefährlicheres, und das Manukai Der Kapitän war sich dessen nicht bewusst. Obwohl die GPS-Signale des amerikanischen Schiffs anfangs nur gestört zu sein schienen, waren sowohl es als auch sein Nachbar gefälscht worden – ihre wahre Position und Geschwindigkeit wurde durch falsche Koordinaten ersetzt, die vom Boden aus gesendet wurden. Das ist ernst, wie 50 % aller Opfer auf See sind mit Navigationsfehlern verbunden, die zu Kollisionen oder Grundberührungen führen.

Wenn Seeleute einfach ein GPS-Signal verlieren, können sie auf Papierkarten, Radar und visuelle Navigation zurückgreifen. Aber wenn das GPS-Signal eines Schiffes gefälscht wird, wird seinem Kapitän – und allen Schiffen in der Nähe, die es über AIS verfolgen – mitgeteilt, dass sich das Schiff ganz woanders befindet. Auch die Angriffe hörten nicht einmal auf Manukai war sicher an seinem Dock. Mehrmals an diesem Tag meldete sein AIS-System, dass es mehr als drei Meilen entfernt war.

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Eine halbe Welt entfernt von Shanghai landete ein Tipp auf dem Schreibtisch eines Forschers am Center for Advanced Defense Studies in Washington, DC ( C4ADS ), eine gemeinnützige Organisation, die globale Konflikte und Sicherheitsfragen analysiert. Der neue Tipp aus einer Quelle aus der Schifffahrtsindustrie deutete darauf hin, dass jemand GPS-Signale in Shanghai fälschte.

Dies war das erste Mal, dass C4ADS von weit verbreitetem maritimem Spoofing hörte, das nicht offensichtlich mit den Russen in Verbindung gebracht wurde. Einige Monate zuvor hatte die Organisation a veröffentlicht Prüfbericht Darin wurde detailliert beschrieben, wie Russland GPS-Störungen auf der Krim, im Schwarzen Meer, in Syrien, Norwegen und Finnland einsetzte. Es enthielt auch Beweise dafür, dass ein russisches mobiles elektronisches Kriegsteam GPS-Signale während der öffentlichen Auftritte von Präsident Putin gestört hatte.

Nachdem C4ADS den Tipp erhalten hatte, sah es sich die AIS-Daten an, die es von einem Startup erwarb, das AIS-Sendungen auf der ganzen Welt aufzeichnet. Analysten stellten fest, dass die Angriffe tatsächlich im vergangenen Sommer begonnen hatten und im Laufe der Monate zunahmen. Die intensivste Störung wurde genau an dem Tag im Juli verzeichnet, an dem die Manukai ’s Kapitän berichtete von Schwierigkeiten, als die Standorte von insgesamt fast 300 Schiffen gespooft wurden. Während die Störung Schiffe in ganz Shanghai betraf, handelte es sich bei den meisten der gespooften Schiffe um Schiffe, die auf dem Huangpu-Fluss fuhren.

Und das war ganz anders als das Hacking in russischen Gewässern, wo Schiffe alle an einen einzigen Punkt gespooft wurden. Die Shanghai-Daten zeigten, dass Schiffe alle paar Minuten zu verschiedenen Orten auf Ringen am Ostufer des Huangpu sprangen. Auf einer Visualisierung der Daten, die sich über Tage und Wochen erstreckten, schienen sich die Schiffe in großen Kreisen zu versammeln.

Solche kreisförmigen Muster hatten die C4ADS-Forscher noch nie zuvor gesehen. Vielleicht haben Fehler oder Malware in den AIS- oder GPS-Systemen der Schiffe den Effekt verursacht? Um das auszuschließen, suchten sie Daten von einem anderen Verkehrsmittel komplett: dem Fahrrad.

China hat ungefähr so ​​viele Fahrräder wie der Rest der Welt zusammen, mit fast 10 Millionen allein in Shanghai. Einige der Radfahrer der Stadt verwenden Smartphone-Fitness-Apps, um ihre Fahrten zu verfolgen. Einer davon, Strava, teilt a globale Heatmap der anonymisierten Aktivitäten der letzten zwei Jahre. Als sie nach Shanghai hineinzoomten, konnten die C4ADS-Analysten dieselben mysteriösen Kreise am Flussufer auf Stravas Heatmap leuchten sehen. Die Spoofing-Angriffe betrafen alle GPS-Geräte, nicht nur die auf Schiffen.

Es war an der Zeit, sich Hilfe von außen zu holen. C4ADS teilte seine Ergebnisse mit Todd Humphreys, Direktor des Radionavigation Laboratory an der University of Texas in Austin und einer führenden Autorität für GPS-Hacking. Humphreys untersuchte die Daten, aber je genauer er hinsah, desto verwirrter wurde er. In der Lage zu sein, mehrere Schiffe gleichzeitig in einen Kreis zu spoofen, ist eine außergewöhnliche Technologie. Es sieht aus wie Magie, sagte er.

Im September zeigte Humphreys eine Visualisierung der Daten auf der weltweit größten Konferenz für Satellitennavigationstechnologie, ION GNSS+ in Florida. Die Leute waren schlapp, als ich ihnen dieses Spoofing-Muster zeigte, sagte er. Sie fingen an, es Kornkreise zu nennen.

Eine gefährliche Eskalation?

Um zu verstehen, warum die Experten verblüfft sind, betrachten Sie, wie GPS funktioniert. Die US Air Force unterhält eine Konstellation von mindestens 24 Global Positioning System Satelliten, die die Erde umkreisen; derzeit sind es 31. Jeder Satellit sendet mehrere komplizierte Codes, die aus seiner Position und der aktuellen Zeit generiert werden, die von einer supergenauen Atomuhr an Bord gemessen wird. Jede Uhr ist präzise mit denen der anderen 30 Satelliten synchronisiert.

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Ein GPS-Empfänger, der Signale von einem Satelliten erkennt, kann nur ungefähr berechnen, wie weit er von diesem Satelliten entfernt ist. Fügen Sie Signale von einem zweiten Satelliten hinzu und es kann seinen Standort erheblich eingrenzen. Ein dritter Satellit ermöglicht es ihm, sich auf einem bestimmten Breiten- und Längengrad zu lokalisieren, und ein vierter stellt seine Höhe und die genaue Zeit fest. Signale von mehr Satelliten erhöhen die Genauigkeit.

Während GPS-Satelliten mehrere verschiedene Signale senden, die sowohl für militärische als auch für zivile Zwecke bestimmt sind, verlässt sich AIS auf nur eines von ihnen. Diese Signale sind ziemlich schwach und können selbst von einem bescheidenen Sender in Bodennähe leicht übertönt – gestört – werden. Sie können auch durch Signale gespooft werden, die echte GPS-Satelliten nachahmen, aber falsche Zeit- und Positionsdaten kodieren.

Beim Spoofing empfängt normalerweise jeder Empfänger in Reichweite die gleichen gefälschten Signale und wähnt sich daher am selben Ort. Dies ist zwar schwerwiegender, als nur die GPS-Signale zu stören, aber ein aufmerksamer Kapitän würde sicherlich bemerken, wenn alle Schiffe auf dem Navigationsbildschirm plötzlich zur gleichen Zeit an dieselbe Stelle springen würden.

Die Kornkreise in Shanghai, die jedes Schiff irgendwie an einen anderen falschen Ort fälschen, sind etwas Neues. Ich bin immer noch verwirrt darüber, sagt Humphreys. Ich bekomme es in Mathe nicht hin. Es ist ein interessantes Rätsel. Es ist auch ein Rätsel, das die Möglichkeit potenziell tödlicher Unfälle aufwirft.

Kapitäne und Piloten sind sehr abhängig von GPS geworden, weil es in der Vergangenheit sehr zuverlässig war, sagt Humphreys. Wenn es behauptet zu funktionieren, verlassen sie sich darauf und überprüfen es nicht allzu oft.

Am 5. Juni dieses Jahres wird die Führen Sie 5678 aus , ein Flussfrachtschiff, versuchte, ein kleineres Fahrzeug auf dem Huangpu, etwa fünf Meilen südlich des Bundes, zu überholen. Der Lauf wich dem kleinen Schiff aus, pflügte aber direkt hinein Neuer Ruhm (chinesischer Name: Tong Yang Jingrui), ein Frachter auf dem Weg nach Norden.

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Der Neuer Ruhm dann die Kontrolle verlor und ins Flussufer abbog, Fußgänger zerstreuen auf einen Abendspaziergang. Ein kleiner Teil des Ufers stürzte ein, aber glücklicherweise wurde niemand verletzt.

Es ist zwar nicht sicher, ob es bei dieser besonderen Gelegenheit passiert ist, aber AIS-Daten zeigen, dass die Neuer Ruhm wurde in Shanghai in den sechs Monaten vor der Kollision mindestens fünf Mal gefälscht, darunter weniger als zwei Wochen zuvor. Die Daten zeigen auch ein halbes Dutzend Angriffe auf andere Schiffe in der Stadt am selben Tag.

Sogar die Flusspolizei von Shanghai, die Huangpu Maritime Safety Administration (MSA), ist fast täglich Spoofing-Angriffen ausgesetzt. Die Daten zeigen, dass eines seiner Patrouillenboote in neun Monaten mindestens 394 Mal gefälscht wurde.

Weiches Gold

Eine Möglichkeit ist, dass die Kornkreise eine Eskalation in einem schwelenden elektronischen Krieg in Shanghai sind, der Tausende von Seeleuten, Passagieren und sogar den Fluss selbst in Gefahr gebracht hat. Seit Jahren verfolgt und beschlagnahmt die MSA Schiffe, die zwar keine GPS-Signale stören oder fälschen, aber die AIS-Transponder hacken, die dazu beitragen, die Flüsse und Häfen von Shanghai zu schützen. Diese Schiffe haben die AIS-Identitäten anderer Schiffe geklont, um unbehelligt von den Behörden in den Hafen ein- und auslaufen zu können.

Der Grund, warum sie das tun, hat mit der Ladung zu tun Neuer Ruhm trug, als es auf Grund lief: schlichter, alltäglicher Sand.

Chinesische Baumeister nennen es weiches Gold. Aus dem Jangtse gebaggerter Sand, der die ideale Konsistenz und Zusammensetzung für Zement hat, trug in den 1980er und 1990er Jahren zum Bauboom in Shanghai bei. Um die Jahrtausendwende hatte rücksichtsloser Sandabbau Brücken untergraben, Ökosysteme verwüstet und weite Teile des Flussufers zum Einsturz gebracht. Im Jahr 2000 verboten die chinesischen Behörden den Sandabbau am Jangtse vollständig.

Der Handel ging jedoch illegal weiter und erweiterte sich auf das illegale Ausbaggern von Sand und Kies aus der Jangtse-Mündung und den offenen Meeren in der Nähe von Shanghai. Tagsüber sehen solche Schiffe harmlos aus. Nachts lassen sie Rohre in das Flussbett hinab, um Tausende von Tonnen Sand in einer einzigen Sitzung aufzusaugen. Ein Full Hold kann über 85.000 $ wert sein. Im Jahr 2019 hat die Polizei entlang des Jangtse bisher 305 Sandabbauschiffe und über 100 Millionen Kubikfuß Sand beschlagnahmt – genug, um über tausend olympische Schwimmbäder zu füllen.

Die MSA von Shanghai sagt, dass illegale Sand- und Kiesschiffe im Jahr 2018 23 Wracks entlang des Jangtse verursachten, was mehr als die Hälfte aller schweren Unfälle ausmachte und 53 Menschen tötete.

Diät

Im Schutz der Dunkelheit kann AIS ein nützliches Werkzeug für einen Sanddieb sein. Schiffe, die zum Beispiel nicht für Seefahrten ausgerüstet oder zugelassen sind, klonen bekanntermaßen die AIS-Systeme von Seefahrtsbooten, um eine Entdeckung zu vermeiden.

Sanddiebe sind auch nicht die einzigen Nutzer von gehackter AIS-Technologie. Im Juni dieses Jahres rammte ein Öltanker mit einem geklonten AIS-System ein MSA-Patrouillenboot in Shanghai, während er versuchte, sich der Gefangennahme zu entziehen. Die Polizei geht von Ölschmuggel aus. Schiffe wie dieser Typ werden normalerweise von illegalen Interessen getrieben, sagte ein MSA-Beamter. Einmal entdeckt, kämpfen sie gegen die Strafverfolgungsbehörden und versuchen zu fliehen, was eine große Bedrohung für die Umwelt der Wassernavigation darstellt. Wir werden solche Geisterschiffe nicht tolerieren.

Die Frage ist nun, sind diese früheren AIS-Hacks in irgendeiner Weise mit Shanghais neuen GPS-Kreisen verbunden? Ein effektives Spoofing-System könnte für Sanddiebe Millionen wert sein. Indem sie ihre eigenen Schiffe fälschten, konnten sie unsichtbar in den Hafen gleiten. Oder indem sie andere fälschen und Chaos anrichten, würden sich Schmuggler eine bessere Chance verschaffen, unbemerkt durchzuschlüpfen. Es könnte sein, dass die Fähigkeit, gefälschte Kreise zu erzeugen, eine Eskalation des technologischen Know-hows der Sanddiebe ist.

Natürlich kann es auch nur ein Zufall sein, dass die gefälschten Kreise an einem Hotspot für das Klonen von AIS auftreten. Eine andere Möglichkeit ist, dass der chinesische Staat selbst eine neue elektronische Waffe testet, vielleicht für den späteren Einsatz in umstrittenen Regionen des Südchinesischen Meeres.

Obwohl die Daten die Schuldigen nicht identifizieren, enthalten sie einige Hinweise. Das Zentrum der Spoofing-Kreise auf dem Huangpu ist eine Fabrik, die der Sinopec Shanghai Petrochemical Company, einem großen Chemiehersteller, gehört. Es ist jedoch nicht klar, ob die Aktivität mit der Einrichtung verbunden ist oder nur der Ort ist, an den die Schiffe gespooft werden.

Ich glaube nicht, dass es irgendein Schurkenschauspieler ist, sagt Humphreys. Es kann mit einigen experimentellen Fähigkeiten zusammenhängen, die [die chinesischen Behörden] zu testen versuchen. Aber ich bin wirklich verwirrt, wie das gemacht wird.

Korrektur: Das Datum in der ersten Zeile wurde korrigiert.

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