Spøkelsesskip, kornsirkler og mykt gull: Et GPS-mysterium i Shanghai

C4ADS C4ADS

På en varm sommernatt i juli 2019, MV Manukai ankom havnen i Shanghai, nær munningen av Huangpu-elven. Denne travle sideelven til Yangtze slynger seg gjennom byen og inkluderer Bund, et historisk område ved sjøen og turisthotspot. Shanghai ville være det amerikanske containerskipets siste stopp i Kina før de tok sin lange hjemreise til Long Beach, California.

Mens mannskapet forsiktig manøvrerte det 700 fot lange skipet gjennom verdens travleste havn, fulgte kapteinen nøye med på navigasjonsskjermene hans. I henhold til internasjonal lov må alle unntatt de minste kommersielle skip installere automatiske identifikasjonssystemer (AIS) transpondere. Med noen få sekunders mellomrom kringkaster disse enhetene deres identitet, posisjon, kurs og hastighet og viser AIS-data fra andre skip i området, noe som bidrar til å holde overfylte vannveier trygge. Posisjonsdataene for disse transpondere kommer fra GPS-satellitter.

Soar.Earth

Ifølge Manukai sine skjermer dampet et annet skip opp den samme kanalen i omtrent syv knop (åtte miles per time). Plutselig forsvant det andre skipet fra AIS-skjermen. Noen minutter senere viste skjermen det andre skipet tilbake ved kaien. Så var den i kanalen og beveget seg igjen, så tilbake ved kaien, så borte en gang til.

Til slutt, mystifisert, tok kapteinen opp kikkerten sin og skannet kaikanten. Det andre skipet hadde stått stille ved kaien hele tiden.

Da det var tid for Manukai for å sette kursen mot sin egen køye, begynte broen å ekko til flere alarmer. Begge skipets GPS-enheter – den hadde to for redundans – hadde mistet signalene, og AIS-transponderen hadde sviktet. Selv et siste nødsystem som også var avhengig av GPS kunne ikke fikse.

Nå viser ny forskning og tidligere usett data at Manukai , og tusenvis av andre fartøyer i Shanghai i løpet av det siste året, blir offer for et mystisk nytt våpen som er i stand til å forfalske GPS-systemer på en måte som aldri er sett før.

Ron Eggleton / Marinetraffic.com

Ingen vet hvem som står bak denne forfalskningen, eller hva dens endelige hensikt kan være. Disse skipene kan være uvillige testpersoner for et sofistikert elektronisk krigføringssystem, eller sideskade i en konflikt mellom miljøkriminelle og den kinesiske staten som allerede har krevd dusinvis av skip og liv. Men én ting er sikkert: det er en usynlig elektronisk krig om fremtiden for navigasjon i Shanghai, og GPS taper.

Mysteriet blir dypere

Selv om Manukai til slutt la seg trygt til kai, kapteinen var bekymret nok til å sende inn en rapport senere samme dag til US Coast Guards navigasjonssenter, som samler inn rapporter om GPS-brudd verdensomspennende.

Alle [antenne] tilkoblinger er sikret og tørre, skrev han. Det har ikke vært andre problemer med disse enhetene. [Jeg] mistenker at GPS-signalet blokkerer på denne kaien.

Faktisk skjedde noe langt farligere, og det Manukai Kapteinen var ikke klar over det. Selv om det amerikanske skipets GPS-signaler i utgangspunktet så ut til å ha satt seg fast, var både det og naboen også blitt forfalsket - deres sanne posisjon og hastighet erstattet av falske koordinater sendt fra bakken. Dette er alvorlig, som 50 % av alle havarier til sjøs er knyttet til navigasjonsfeil som forårsaker kollisjoner eller grunnstøting.

Når sjøfolk rett og slett mister et GPS-signal, kan de falle tilbake på papirkart, radar og visuell navigasjon. Men hvis et skips GPS-signal er forfalsket, vil kapteinen – og alle nærliggende fartøyer som sporer det via AIS – bli fortalt at skipet er et helt annet sted. Heller ikke angrepene stoppet en gang Manukai var trygt ved kai. Flere ganger den dagen rapporterte AIS-systemet at det var over tre mil unna.

Wikimedia Commons

En halv verden unna Shanghai, landet et tips på Washington, DC, skrivebordet til en forsker ved Center for Advanced Defense Studies ( C4ADS ), en ideell organisasjon som analyserer globale konflikter og sikkerhetsspørsmål. Det nye tipset, fra en kilde fra shippingindustrien, antydet at noen forfalsket GPS-signaler i Shanghai.

Dette var første gang C4ADS hadde hørt om utbredt maritim spoofing som ikke åpenbart var knyttet til russerne. Noen måneder tidligere hadde organisasjonen publisert en rapportere som beskrev hvordan Russland brukte GPS-jamming på Krim, Svartehavet, Syria, Norge og Finland. Den inneholdt også bevis på at et russisk mobilt elektronisk krigføringsteam hadde forstyrret GPS-signaler under president Putins offentlige opptredener.

Etter å ha mottatt tipset, så C4ADS på AIS-dataene, som de kjøpte fra en oppstart som registrerer AIS-sendinger rundt om i verden. Analytikere la merke til at angrepene faktisk hadde startet sommeren før, og økte etter hvert som månedene gikk. Den mest intense forstyrrelsen ble registrert samme dag i juli som Manukai Kapteinen rapporterte om vanskeligheter, da totalt nesten 300 fartøyer ble forfalsket. Mens forstyrrelsen påvirket skip rett over Shanghai, var de fleste av de forfalskede fartøyer som navigerte Huangpu-elven.

Og dette var veldig forskjellig fra hackingen som ble sett i russisk farvann, der fartøyer ble forfalsket til et enkelt punkt. Shanghai-dataene viste at skip hoppet med få minutters mellomrom til forskjellige steder på ringer på den østlige bredden av Huangpu. På en visualisering av dataene som spenner over dager og uker, så det ut til at skipene samlet seg i store sirkler.

C4ADS-forskerne hadde aldri sett sirkulære mønstre som dette før. Kanskje feil eller skadelig programvare i skipets AIS- eller GPS-systemer forårsaket effekten? For å utelukke det, søkte de data fra en annen form for transport fullstendig: sykling.

Kina har omtrent like mange sykler som resten av verden til sammen, med nesten 10 millioner bare i Shanghai. Noen av byens syklister bruker smarttelefon-treningsapper for å spore turene sine. En spesielt, Strava, deler en globalt varmekart av anonymiserte aktiviteter fra de to foregående årene. Ved å zoome inn på Shanghai, kunne C4ADS-analytikere se de samme mystiske sirklene ved elven gløde på Stravas varmekart. Forfalskningsangrepene påvirket alle GPS-enheter, ikke bare de på skip.

Det var på tide å søke hjelp utenfra. C4ADS delte funnene sine med Todd Humphreys, direktør for Radionavigation Laboratory ved University of Texas i Austin og en ledende autoritet innen GPS-hacking. Humphreys undersøkte dataene, men jo nærmere han så, jo mer forvirret ble han. Å kunne forfalske flere skip samtidig inn i en sirkel er ekstraordinær teknologi. Det ser ut som magi, sa han.

I september viste Humphreys en visualisering av dataene på verdens største konferanse for satellittnavigasjonsteknologi, ION GNSS+ i Florida. Folk var slakke med kjeft da jeg viste dem dette mønsteret av forfalskning, sa han. De begynte å kalle det kornsirkler.

En farlig opptrapping?

For å forstå hvorfor ekspertene er forvirret, bør du vurdere hvordan GPS fungerer. Det amerikanske luftvåpenet har en konstellasjon på minst 24 Global Positioning System satellitter som kretser rundt jorden; det er for tiden 31. Hver satellitt kringkaster flere kompliserte koder generert fra sin posisjon og gjeldende tid, målt av en supernøyaktig atomklokke om bord. Hver klokke er nøyaktig synkronisert med de på de andre 30 satellittene.

Wikimedia Commons

En GPS-mottaker som oppdager signaler fra én satellitt kan bare beregne omtrent hvor langt den er fra den satellitten. Legg til signaler fra en andre satellitt, og den kan begrense plasseringen betraktelig. En tredje satellitt lar den lokalisere seg selv på en gitt bredde- og lengdegrad, og en fjerde fastslår høyden og den nøyaktige tiden. Signaler fra flere satellitter øker nøyaktigheten.

Mens GPS-satellitter kringkaster flere forskjellige signaler beregnet for både militær og sivil bruk, er AIS bare avhengig av ett av dem. Disse signalene er ganske svake og kan lett overdøves – blokkeres – av selv en beskjeden sender på bakkenivå. De kan også forfalskes av signaler som etterligner ekte GPS-satellitter, men koder for falske tids- og posisjonsdata.

Ved forfalskning mottar vanligvis hver mottaker innenfor rekkevidde de samme falske signalene, og tror dermed at de er på samme sted. Selv om dette er mer alvorlig enn bare å blokkere GPS-signalene, vil en våken kaptein helt sikkert legge merke til om alle skipene på navigasjonsskjermen plutselig hoppet til samme sted samtidig.

Shanghai-kornsirklene, som på en eller annen måte forfalsker hvert fartøy til en annen falsk plassering, er noe nytt. Jeg er fortsatt forundret over dette, sier Humphreys. Jeg får det ikke til å fungere i matematikken. Det er et interessant mysterium. Det er også et mysterium som øker muligheten for potensielt dødelige ulykker.

Kapteiner og piloter har blitt veldig avhengige av GPS, fordi den har vært historisk veldig pålitelig, sier Humphreys. Hvis det hevder å fungere, stoler de på det og dobbeltsjekker det ikke så mye.

Den 5. juni i år Kjør 5678 , et elvelasteskip, forsøkte å overta et mindre fartøy på Huangpu, omtrent fem mil sør for Bund. De Løpe unngikk det lille skipet, men pløyde rett inn i New Glory (Kinesisk navn: Tong Yang Jingrui), et frakteskip på vei nordover.

Sina.com

De New Glory mistet deretter kontrollen og svingte inn på elvebredden, strø fotgjengere ut for en kveldstur. En liten strekning av banken kollapset, men heldigvis ble ingen skadet.

Selv om det ikke er sikkert om det skjedde ved denne spesielle anledningen, indikerer AIS-data at New Glory ble forfalsket i Shanghai minst fem ganger i løpet av de seks månedene som førte til kollisjonen, inkludert mindre enn to uker før. Dataene viser også et halvt dusin angrep på andre fartøyer i byen samme dag.

Selv Shanghais elvepoliti, Huangpu Maritime Safety Administration (MSA), har vært utsatt for falske angrep på nesten daglig basis. Dataene viser at en av patruljebåtene ble forfalsket minst 394 ganger på ni måneder.

Mykt gull

En mulighet er at kornsirklene er en eskalering i en ulmende elektronisk krig i Shanghai som har satt tusenvis av sjømenn, passasjerer og til og med selve elven i fare. I årevis har MSA sporet og beslaglagt skip som, selv om de ikke blokkerer eller forfalsker GPS-signaler, har hacket AIS-transpondere som bidrar til å holde Shanghais elver og havner trygge. Disse skipene har klonet AIS-identitetene til andre skip for å skli inn og ut av havnen upåvirket av myndighetene.

Grunnen til at de gjør dette har å gjøre med lasten New Glory bar på da den strandet: vanlig, hverdagslig sand.

Kinesiske byggherrer kaller det mykt gull. Sand mudret fra Yangtze-elven, som har den ideelle konsistensen og sammensetningen for sement, bidro til Shanghais byggeboom på 1980- og 1990-tallet. Ved årtusenskiftet hadde hensynsløs sandutvinning undergravd broer, ødelagt økosystemer og fått lange strekninger av elvebredden til å kollapse. I 2000 forbød kinesiske myndigheter sandgruvedrift på Yangtze.

Handelen fortsatte imidlertid ulovlig, og utvidet seg til å omfatte ulovlig mudring av sand og grus fra Yangtze-elvemunningen og det åpne havet nær Shanghai. Om dagen ser slike skip ufarlige ut. Om natten senker de rør til elveleiet for å suge opp tusenvis av tonn sand i en enkelt økt. Et fullt hold kan være verdt over $85 000. Så langt i 2019 har politiet langs Yangtse-elven beslaglagt 305 sandgruvefartøy og over 100 millioner kubikkfot med sand – nok til å fylle over tusen olympiske svømmebassenger.

Shanghai MSA sier at ulovlige sand- og grusskip forårsaket 23 vrak langs Yangtze-elven i 2018, og sto for over halvparten av alle større ulykker og drepte 53 mennesker.

Kosthold

I ly av mørket kan AIS være et nyttig verktøy for en sandtyv. Skip som ikke er utstyrt eller lisensiert for sjøreiser, har for eksempel vært kjent for å klone AIS-systemene til sjøfartsbåter for å unngå oppdagelse.

Sandtyver er heller ikke de eneste brukerne av hacket AIS-teknologi. I juni i år rammet en oljetanker med et klonet AIS-system en MSA-patruljebåt i Shanghai mens han prøvde å unngå fangst. Politiet tror det har vært smugling av olje. Skip som denne typen er vanligvis drevet av ulovlige interesser, sa en MSA-tjenestemann. Når de er oppdaget, vil de kjempe mot rettshåndhevelse og forsøke å rømme, noe som utgjør en stor trussel mot vannnavigasjonsmiljøet. Vi vil ikke tolerere slike spøkelsesskip.

Spørsmålet er nå, er disse tidligere AIS-hakkene koblet til Shanghais nye GPS-sirkler på en eller annen måte? Et effektivt spoofing-system kan være verdt millioner for sandtyver. Ved å forfalske sine egne skip, kunne de gli usynlig inn i havn. Eller ved å forfalske andre og skape kaos, ville smuglere gi seg selv en bedre sjanse til å slippe forbi ubemerket. Det kan være at evnen til å generere falske sirkler er en eskalering av teknologisk kunnskap fra sandtyvene.

Selvfølgelig kan det bare være en tilfeldighet at de falske sirklene oppstår på et hot spot for AIS-kloning. En annen mulighet er at den kinesiske staten selv tester ut et nytt elektronisk våpen, kanskje for eventuell bruk i omstridte regioner i Sør-Kinahavet.

Selv om dataene ikke identifiserer de skyldige, inneholder de noen ledetråder. Sentrum av spoofing-sirklene på Huangpu er en fabrikk som eies av Sinopec Shanghai Petrochemical Company, en stor kjemisk produsent. Men det er ikke klart om aktiviteten er knyttet til anlegget eller det bare er stedet hvor skipene blir forfalsket til.

Jeg tror ikke det er en useriøs skuespiller, sier Humphreys. Det kan ha sammenheng med en eller annen eksperimentell evne som [kinesiske myndigheter] prøver å teste. Men jeg er oppriktig forundret over hvordan dette blir gjort.

Rettelse: Datoen i første linje er rettet.

gjemme seg