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Projekt läuft · IT-Sicherheit

Cyber

Wir suchen die schwachen Stellen in den Bordnetzen von Schiffen und bauen die Abwehr.

die Geschwindigkeit einer NMEA-0183-Leitung
4800 bit/s
höchstens in einem Satz
82 Zeichen
Authentifizierung im Protokoll
Keine
der Test von Angriff und Abwehr am Brückensimulator
April 2026

Für alle, die kommen aus Informatik, Ingenieurwesen, Telekommunikation

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Das Brückennetz

Auf einem Schiff sprechen Kreiselkompass, GPS, elektronische Seekarte und Autopilot über den Standard NMEA 0183 miteinander, der in der internationalen Norm IEC 61162-1 heißt. Ein Gerät spricht, alle anderen hören zu: Textsätze, eine Zeile nach der anderen, mit 4800 Bit pro Sekunde.

Auf neueren Schiffen laufen dieselben Sätze über Ethernet, in UDP-Paketen an das ganze Netz. Das Protokoll hat aber keine Authentifizierung: wer einen Satz bekommt, kann nicht wissen, wer ihn geschrieben hat. Eine Studie der Universität Genua von 2023 hat gezeigt, dass ein Programm im Brückennetz falsche Sätze des Kompasses oder des AIS einschleusen kann, und die Geräte nehmen sie an.

  • 01

    Kreiselkompass

    Er schickt den wahren Kurs, also wohin der Bug im Verhältnis zum Norden zeigt: Satz HDT.

  • 02

    GPS

    Es schickt Position, Zeit und Signalqualität: Satz GGA.

  • 03

    Seekarte

    Sie bringt Position, Kurs und die anderen vom AIS gesehenen Schiffe zusammen.

  • 04

    Autopilot

    Er hält den Kurs, indem er das Ruder bewegt, und vertraut dem Kurs, den er bekommt.

Wie ein Satz aufgebaut ist

Jeder Satz beginnt mit $, dann zwei Buchstaben für den Sprecher und drei für die Satzart, dann die Felder, durch Kommas getrennt. Am Ende ein Sternchen und die Prüfsumme: zwei Hexadezimalziffern, das XOR aller Zeichen zwischen $ und *. Sie findet Übertragungsfehler, keine Täuschungen: wer einen falschen Satz schreibt, rechnet auch die richtige Prüfsumme aus.

$GPGGA,100008.83,4419.699,N,00858.415,E,1,01,0.9,18.000,M,0.000,M,,0000*64

$GP GGA        GPS, Positionssatz
100008.83      UTC-Zeit, 10:00:08,83
4419.699,N     Breite 44° 19,699′ Nord
00858.415,E    Länge 8° 58,415′ Ost
1              Qualität: GPS-Fix
01             genutzte Satelliten
0.9            horizontale Genauigkeit, HDOP
18.000,M       Höhe der Antenne in Metern
*64            Prüfsumme
Ein echter Satz aus den Protokollen unseres Tests, am Simulator: die Position liegt vor Genua.
def pruefsumme(satz):
    koerper = satz[1:satz.index('*')]
    x = 0
    for zeichen in koerper:
        x ^= ord(zeichen)
    return f'{x:02X}'

pruefsumme('$IIXDR,A,0.0,D,PTCH,A,0.1,D,ROLL,C,0.0,C,AirTemp*05')   # '05'
Die Prüfsumme in Python. An zwei Sätzen aus den Protokollen des Tests geprüft.

Der Angriff

Im Test schickt ein Rechner am Brückennetz falsche Kurssätze, als wäre er der Kreiselkompass, und viel öfter als dieser. Wer zuhört, behält den zuletzt angekommenen Satz, also gewinnt fast immer der falsche. Der Autopilot korrigiert den Kurs auf einen falschen Kurs, und die Seekarte zeigt nichts Auffälliges.

Das ist keine Theorie. 2013 hat eine Gruppe der University of Texas mit Erlaubnis des Reeders eine 65-Meter-Yacht vor der italienischen Küste mit falschen GPS-Signalen vom Kurs gebracht: die Karte zeigte eine gerade Linie. 2017 hat im Schwarzen Meer das GPS eines Schiffes es an Land gesetzt, in der Nähe eines Flughafens; nach Angaben des Kapitäns hatten mehr als 20 Schiffe in der Gegend dasselbe Problem. 2019 hat der C4ADS-Bericht 9.883 Verdachtsfälle von GPS-Fälschung gezählt, die 1.311 zivile Schiffe betroffen hatten.

Die Sätze in den Protokollen des Tests
HDTwahrer Kursvom Kreiselkompass: das Ziel des Angriffs
GGAGPS-PositionZeit, Breite, Länge, Höhe
ZDADatum und Uhrzeitmit der Zeitzone
XDRSensorenNicken, Rollen, Lufttemperatur
VDMAISdie anderen Schiffe: Position, Geschwindigkeit, Kurs

Die Abwehr

Die Abwehr ist ein Brückenprogramm zwischen zwei Teilen des Netzes. Es leitet die echten Sätze weiter und hält die auf, die von der falschen Seite kommen: Kurs und GPS dürfen nur von den richtigen Geräten kommen. Der Verkehr läuft in UDP-Paketen, und die Regeln lassen sich ändern, während das System läuft.

> set block heading     eingehende Kurssätze blockieren
> set block gps in      eingehende GPS-Daten blockieren
> set allow all         alles durchlassen
Die Befehle des Filters in den Protokollen des Tests, 17. April 2026.

Die Regeln

Seit 2021 verlangt die Internationale Seeschifffahrtsorganisation, dass IT-Risiken in die Sicherheitssysteme der Reedereien aufgenommen werden. Ihre Leitlinien ordnen die Arbeit in der Fassung von 2025 in sechs Funktionen.

Für viele neue Schiffe, bestellt ab dem 1. Juli 2024, sind die Regeln IACS E26 und E27 verbindlich: die erste für das ganze Schiff, vom Entwurf bis zum gesamten Einsatz; die zweite für jedes Bordsystem, in der Verantwortung der Lieferanten.

  • 01

    Steuern

    Rollen, Verantwortung und Regeln der Reederei.

  • 02

    Erkennen, was da ist

    Welche Systeme an Bord sind und welche Risiken sie bringen.

  • 03

    Schützen

    Eigene Zugangsdaten, geänderte Passwörter, getrennte Netze.

  • 04

    Aufspüren

    Schnell merken, dass etwas nicht stimmt.

  • 05

    Reagieren

    Was während eines Angriffs zu tun ist.

  • 06

    Wiederherstellen

    Zurück zur Fahrt kommen und die Ursachen verstehen.

Wo wir stehen

  1. 2025Wir haben festgelegt, wie ein Angriff mit falschen GPS-Signalen ablaufen würde, und die ersten Schwachstellen gefunden.
  2. 17. April 2026Wir haben Angriff und Abwehr am Brückensimulator der Universität Genua ausprobiert.
  3. HeuteWir arbeiten an der Abwehr.

Fotos

Die Präsentation von Cyber, mit einem Brückensimulator auf dem Bildschirm
Palazzo della Borsa, April 2026
Die Präsentation von Cyber, mit einem Schema des Bordnetzes auf dem Bildschirm
Palazzo della Borsa, April 2026

Videos

Die Sicherheit von SchiffsnetzwerkenDas Projekt, erzählt beim Eröffnungsevent von DOPE, Dezember 2025

Menschen im Projekt

Mit wem wir es machen

  • Università di Genova

Alle Partner

Quellen

  • IEC 61162-1 und IEC 61162-450; gpsd, NMEA Revealed.
  • Longo, Russo, Armando und Merlo, Attacking (and Defending) the Maritime Radar System, IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2023.
  • Bhatti und Humphreys, Hostile Control of Ships via False GPS Signals, NAVIGATION, 2017.
  • C4ADS, Above Us Only Stars, 2019.
  • IMO, MSC-FAL.1/Circ.3, Fassung 3, 2025; Resolution MSC.428(98).
  • IACS, Unified Requirements E26 und E27.
  • Präsentation beim Deep-Tech Showcase, Palazzo della Borsa, 21. April 2026.

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