Spookschepen, graancirkels en zacht goud: een GPS-mysterie in Shanghai

C4ADS C4ADS

Op een zwoele zomernacht in juli 2019 heeft de MV Manukai kwam aan in de haven van Shanghai, vlakbij de monding van de Huangpu-rivier. Deze drukke zijrivier van de Yangtze slingert door de stad en omvat de Bund, een historisch gebied aan het water en een toeristische trekpleister. Shanghai zou de laatste stop van het Amerikaanse containerschip in China zijn voordat het zijn lange terugreis naar Long Beach, Californië zou maken.

Terwijl de bemanning het 700 voet lange schip zorgvuldig door de drukste haven ter wereld manoeuvreerde, hield de kapitein zijn navigatieschermen nauwlettend in de gaten. Volgens internationaal recht moeten alle, behalve de kleinste commerciële schepen, automatische identificatiesysteem (AIS)-transponders installeren. Om de paar seconden zenden deze apparaten hun identiteit, positie, koers en snelheid uit en geven ze AIS-gegevens weer van andere schepen in het gebied, waardoor drukke waterwegen veilig blijven. De positiegegevens voor die transponders zijn afkomstig van GPS-satellieten.

Zweven.Aarde

Volgens de Manukai ’s schermen, stoomde een ander schip hetzelfde kanaal op met ongeveer zeven knopen (acht mijl per uur). Plots verdween het andere schip van het AIS-display. Een paar minuten later toonde het scherm het andere schip terug in het dok. Toen was het in het kanaal en weer in beweging, toen terug bij het dok en toen weer weg.

Uiteindelijk pakte de kapitein verbijsterd zijn verrekijker en speurde de kade af. Het andere schip had de hele tijd stil gestaan ​​in het dok.

Toen het tijd was voor de Manukai om naar zijn eigen ligplaats te gaan, begon de brug te echoën naar meerdere alarmen. Beide GPS-eenheden van het schip - er waren er twee voor redundantie - hadden hun signalen verloren en de AIS-transponder was defect. Zelfs een noodsysteem voor noodgevallen, dat ook op GPS vertrouwde, kon geen oplossing krijgen.

Nu blijkt uit nieuw onderzoek en voorheen ongeziene gegevens dat de Manukai , en duizenden andere schepen in Shanghai het afgelopen jaar, worden het slachtoffer van een mysterieus nieuw wapen dat GPS-systemen kan vervalsen op een manier die nog nooit eerder is vertoond.

Ron Eggleton / Marinetraffic.com

Niemand weet wie er achter deze spoofing zit, of wat het uiteindelijke doel ervan zou kunnen zijn. Deze schepen kunnen onwillige proefpersonen zijn voor een geavanceerd elektronisch oorlogsvoeringsysteem, of nevenschade in een conflict tussen milieucriminelen en de Chinese staat die al tientallen schepen en levens heeft geëist. Maar één ding is zeker: er is een onzichtbare elektronische oorlog gaande over de toekomst van navigatie in Shanghai, en GPS verliest.

Het mysterie verdiept

Hoewel de Manukai uiteindelijk veilig aangemeerd, was de kapitein bezorgd genoeg om later die dag een rapport in te dienen bij het navigatiecentrum van de Amerikaanse kustwacht, dat meldingen van GPS-storingen wereldwijd.

Alle [antenne] verbindingen zijn beveiligd en droog, schreef hij. Er zijn geen andere problemen geweest met deze eenheden. [Ik] vermoed dat er op deze ligplaats een storing in het GPS-signaal optreedt.

In feite gebeurde er iets veel gevaarlijkers, en de... Manukai De kapitein was er niet van op de hoogte. Hoewel de GPS-signalen van het Amerikaanse schip aanvankelijk leken te zijn vastgelopen, waren zowel het schip als zijn buurman ook vervalst - hun ware positie en snelheid vervangen door valse coördinaten die vanaf de grond werden uitgezonden. Dit is serieus, want 50% van alle slachtoffers op zee zijn gekoppeld aan navigatiefouten die aanvaringen of aan de grond lopen veroorzaken.

Wanneer zeelieden gewoon een GPS-signaal verliezen, kunnen ze terugvallen op papieren kaarten, radar en visuele navigatie. Maar als het GPS-signaal van een schip wordt vervalst, krijgt de kapitein - en alle nabijgelegen schepen die het via AIS volgen - te horen dat het schip zich ergens anders bevindt. De aanvallen stopten ook niet toen de Manukai veilig aan de kade lag. Meerdere keren die dag meldde het AIS-systeem dat het meer dan vijf mijl verwijderd was.

Wikimedia Commons

Een halve wereld verwijderd van Shanghai, belandde een tip op het bureau van een onderzoeker in het Center for Advanced Defense Studies in Washington, DC ( C4ADS ), een non-profitorganisatie die wereldwijde conflicten en veiligheidskwesties analyseert. De nieuwe tip, afkomstig van een bron uit de scheepvaartindustrie, suggereerde dat iemand GPS-signalen in Shanghai vervalste.

Dit was de eerste keer dat C4ADS hoorde van wijdverbreide maritieme spoofing die niet duidelijk verband hield met de Russen. Een paar maanden eerder had de organisatie een verslag doen van dat gedetailleerd hoe Rusland GPS-storing gebruikte in de Krim, de Zwarte Zee, Syrië, Noorwegen en Finland. Het bevatte ook bewijs dat een Russisch team voor mobiele elektronische oorlogsvoering GPS-signalen had verstoord tijdens de openbare optredens van president Poetin.

Na ontvangst van de tip keek C4ADS naar de AIS-gegevens, die het kocht van een startup die AIS-uitzendingen over de hele wereld registreert. Analisten merkten op dat de aanvallen eigenlijk de vorige zomer waren begonnen en met het verstrijken van de maanden toenamen. De meest intense interferentie werd geregistreerd op de dag in juli dat de Manukai ’s kapitein meldde problemen, toen in totaal bijna 300 schepen hun locaties hadden vervalst. Terwijl de verstoring de schepen dwars door Shanghai trof, waren de meeste van die vervalsingen schepen die op de Huangpu-rivier navigeerden.

En dit was heel anders dan het hacken in Russische wateren, waar schepen allemaal tot op één punt werden vervalst. De gegevens van Shanghai toonden aan dat schepen om de paar minuten naar verschillende locaties op ringen op de oostelijke oever van de Huangpu sprongen. Op een visualisatie van de gegevens die dagen en weken beslaan, leken de schepen in grote kringen samen te komen.

De C4ADS-onderzoekers hadden nog nooit zulke cirkelvormige patronen gezien. Misschien veroorzaakten bugs of malware in de AIS- of GPS-systemen van de schepen het effect? Om dat uit te sluiten, zochten ze volledig data uit een andere vorm van vervoer: de fiets.

China heeft ongeveer net zoveel fietsen als de rest van de wereld samen, met alleen al bijna 10 miljoen in Shanghai. Sommige fietsers in de stad gebruiken fitness-apps voor smartphones om hun ritten bij te houden. Eén in het bijzonder, Strava, deelt een wereldwijde hittekaart van geanonimiseerde activiteiten van de afgelopen twee jaar. Terwijl ze inzoomden op Shanghai, konden C4ADS-analisten dezelfde mysterieuze cirkels langs de rivier zien gloeien op de hittekaart van Strava. De spoofing-aanvallen troffen alle GPS-apparaten, niet alleen die op schepen.

Het werd tijd om hulp van buitenaf te zoeken. C4ADS deelde zijn bevindingen met Todd Humphreys, directeur van het Radionavigation Laboratory aan de Universiteit van Texas in Austin en een toonaangevende autoriteit op het gebied van GPS-hacking. Humphreys bekeek de gegevens, maar hoe beter hij keek, hoe verwarder hij werd. Meerdere schepen tegelijk in een cirkel kunnen spoofen is buitengewone technologie. Het ziet eruit als magie, zei hij.

In september toonde Humphreys een visualisatie van de gegevens op 's werelds grootste conferentie voor satellietnavigatietechnologie, ION GNSS+ in Florida. Mensen waren slappe kaken toen ik ze dit patroon van spoofing liet zien, zei hij. Ze begonnen het graancirkels te noemen.

Een gevaarlijke escalatie?

Om te begrijpen waarom de experts verbijsterd zijn, moet u eens kijken hoe GPS werkt. De Amerikaanse luchtmacht handhaaft een constellatie van ten minste 24 Wereldwijd positioneringssysteem satellieten in een baan om de aarde; er zijn er momenteel 31. Elke satelliet zendt verschillende gecompliceerde codes uit die zijn gegenereerd op basis van zijn positie en de huidige tijd, gemeten door een supernauwkeurige atoomklok aan boord. Elke klok is precies gesynchroniseerd met die op de andere 30 satellieten.

Wikimedia Commons

Een GPS-ontvanger die signalen van één satelliet detecteert, kan slechts ruwweg berekenen hoe ver het van die satelliet verwijderd is. Voeg signalen van een tweede satelliet toe en deze kan zijn locatie aanzienlijk verkleinen. Een derde satelliet stelt hem in staat zichzelf op een bepaalde breedte- en lengtegraad te lokaliseren, en een vierde bepaalt zijn hoogte en de precieze tijd. Signalen van meer satellieten verhogen de nauwkeurigheid.

Terwijl GPS-satellieten verschillende signalen uitzenden die bedoeld zijn voor zowel militair als civiel gebruik, vertrouwt AIS op slechts één daarvan. Deze signalen zijn nogal zwak en kunnen gemakkelijk worden overstemd - vastgelopen - door zelfs een bescheiden zender op grondniveau. Ze kunnen ook worden vervalst door signalen die echte GPS-satellieten nabootsen, maar coderen voor valse tijd- en positiegegevens.

Bij spoofing ontvangt elke ontvanger binnen bereik meestal dezelfde nepsignalen en denkt dus dat hij zich op dezelfde locatie bevindt. Hoewel dit serieuzer is dan het simpelweg storen van de GPS-signalen, zou een alerte kapitein het zeker merken als alle schepen op het navigatiescherm plotseling op hetzelfde moment naar dezelfde plaats zouden springen.

De graancirkels van Shanghai, die op de een of andere manier elk schip naar een andere valse locatie spoofen, zijn iets nieuws. Ik sta hier nog steeds versteld van, zegt Humphreys. Ik krijg het niet voor elkaar in de wiskunde. Het is een interessant mysterie. Het is ook een mysterie dat de mogelijkheid van potentieel dodelijke ongevallen verhoogt.

Kapiteins en piloten zijn erg afhankelijk geworden van GPS, omdat het historisch zeer betrouwbaar was, zegt Humphreys. Als het beweert te werken, vertrouwen ze erop en controleren ze het niet zo vaak.

Op 5 juni van dit jaar is de Voer 5678 uit , een riviervrachtschip, probeerde een kleiner vaartuig in te halen op de Huangpu, ongeveer vijf mijl ten zuiden van de Bund. De Loop ontweek het kleine schip maar ploegde recht in de Nieuwe Glorie (Chinese naam: Tong Yang Jingrui), een vrachtschip dat naar het noorden gaat.

Sina.com

De Nieuwe Glorie verloor toen de macht over het stuur en belandde in de rivieroever, verstrooide voetgangers uit voor een avondwandeling. Een klein stukje van de bank stortte in, maar gelukkig raakte niemand gewond.

Hoewel het niet zeker is of het bij deze specifieke gelegenheid is gebeurd, geven AIS-gegevens aan dat de Nieuwe Glorie werd in Shanghai minstens vijf keer vervalst in de zes maanden voorafgaand aan de botsing, waaronder minder dan twee weken ervoor. De gegevens tonen ook een half dozijn aanvallen op andere schepen in de stad diezelfde dag.

Zelfs de rivierpolitie van Shanghai, de Huangpu Maritime Safety Administration (MSA), is bijna dagelijks onderworpen aan spoofingaanvallen. Uit de gegevens blijkt dat een van zijn patrouilleboten in negen maanden tijd minstens 394 keer is vervalst.

Zacht goud

Een mogelijkheid is dat de graancirkels een escalatie zijn in een sluimerende elektronische oorlog in Shanghai die duizenden zeelieden, passagiers en zelfs de rivier zelf in gevaar heeft gebracht. De MSA volgt en neemt al jaren schepen in beslag die, hoewel ze geen GPS-signalen storen of vervalsen, de AIS-transponders hacken die de rivieren en havens van Shanghai helpen veilig te houden. Deze schepen hebben de AIS-identiteiten van andere schepen gekloond om ongehinderd door de autoriteiten de haven in en uit te glippen.

De reden dat ze dit doen heeft te maken met de lading die de Nieuwe Glorie droeg toen het aan de grond liep: gewoon, alledaags zand.

Chinese bouwers noemen het zacht goud. Zand dat werd gebaggerd uit de Yangtze-rivier, dat de ideale consistentie en samenstelling heeft voor cement, hielp de bouwhausse van Shanghai in de jaren tachtig en negentig aan te wakkeren. Tegen de eeuwwisseling had roekeloze zandwinning bruggen ondermijnd, ecosystemen verwoest en grote delen van de rivieroever ingestort. In 2000 hebben de Chinese autoriteiten de zandwinning op de Yangtze volledig verboden.

De handel ging echter illegaal door en breidde zich uit met het illegaal baggeren van zand en grind uit het Yangtze-estuarium en de open zee bij Shanghai. Overdag zien dergelijke schepen er ongevaarlijk uit. 's Nachts laten ze leidingen naar de rivierbedding zakken om in één keer duizenden tonnen zand op te zuigen. Een volledige opslag kan meer dan $ 85.000 waard zijn. Tot nu toe heeft de politie langs de Yangtze-rivier in 2019 305 zandwinningsvaartuigen en meer dan 100 miljoen kubieke voet zand in beslag genomen - genoeg om meer dan duizend Olympische zwembaden te vullen.

De Shanghai MSA zegt dat illegale zand- en grindschepen in 2018 23 wrakken langs de Yangtze-rivier hebben veroorzaakt, goed voor meer dan de helft van alle grote ongevallen en het doden van 53 mensen.

Eetpatroon

Onder dekking van de duisternis kan AIS een handig hulpmiddel zijn voor een zanddief. Van schepen die bijvoorbeeld niet zijn uitgerust of geen vergunning hebben voor reizen over zee, is bekend dat ze de AIS-systemen van zeevarende boten klonen om detectie te voorkomen.

Ook zijn zanddieven niet de enige gebruikers van gehackte AIS-technologie. In juni van dit jaar ramde een olietanker met een gekloond AIS-systeem een ​​MSA-patrouilleboot in Shanghai terwijl hij probeerde te ontkomen aan de arrestatie. De politie vermoedt dat het om oliesmokkel ging. Schepen als dit type worden meestal gedreven door illegale belangen, zei een MSA-functionaris. Eenmaal ontdekt, zullen ze vechten tegen wetshandhaving en proberen te ontsnappen, wat een grote bedreiging vormt voor de waternavigatieomgeving. We tolereren zulke spookschepen niet.

De vraag is nu: zijn deze eerdere AIS-hacks op de een of andere manier verbonden met de nieuwe GPS-kringen van Shanghai? Een effectief spoofingsysteem kan miljoenen waard zijn om dieven op te sporen. Door hun eigen schepen te spoofen, konden ze onzichtbaar de haven binnenglippen. Of door anderen te spoofen en chaos te creëren, zouden smokkelaars zichzelf een grotere kans geven om onopgemerkt binnen te glippen. Het kan zijn dat het vermogen om vervalste cirkels te genereren een escalatie in technologische knowhow is van de zanddieven.

Het kan natuurlijk toeval zijn dat de vervalste cirkels voorkomen op een hotspot voor AIS-klonen. Een andere mogelijkheid is dat de Chinese staat zelf een nieuw elektronisch wapen aan het testen is, misschien voor eventueel gebruik in betwiste regio's van de Zuid-Chinese Zee.

Hoewel de gegevens de daders niet identificeren, bevatten ze wel enkele aanwijzingen. Het centrum van de spoofing-cirkels op de Huangpu is een fabriek die eigendom is van Sinopec Shanghai Petrochemical Company, een grote chemische fabrikant. Maar het is niet duidelijk of de activiteit verband houdt met de faciliteit of dat het alleen de locatie is waarnaar de schepen worden vervalst.

Ik denk niet dat het een malafide acteur is, zegt Humphreys. Het kan verband houden met een of ander experimenteel vermogen dat [de Chinese autoriteiten] proberen te testen. Maar ik ben oprecht verbaasd hoe dit wordt gedaan.

Correctie: De datum in de eerste regel is gecorrigeerd.

zich verstoppen