在现代战争中，欺骗、混淆和瞄准弱点就像在古代战争中一样无处不在。同样，几个世纪以来，人们一直在探索感知与现实之间的不协调。理解什么是真实仍然是人类面临的挑战。人类如何学会透过欺骗的迷雾来 “看 ”呢？现代社会越来越依赖于技术，因为人们的大脑能够极大地改变感知。然而，即使是技术也可能具有欺骗性，正如孙子所言，“凡战，以诈为本”。
战略家们早已认识到，海军优势和对海上资产的控制对于建立全球影响力至关重要。阿尔弗雷德-塞耶-马汉（Alfred Thayer Mahan）指出，尽管海军在保障全球贸易和通信方面发挥着重要作用，但一支小规模的海军部队可以通过集中力量打击对手的关键薄弱环节来压倒一支规模大得多的海军部队。因此，当一个国家的海上资产受到攻击时，可能会产生深远的地缘政治、军事和经济影响。美国海军缅因号（1898 年）和路西塔尼亚号皇家邮轮（1915 年）的沉没，以及对美国海军马多斯号和特纳-乔伊号皇家邮轮（1964 年）的袭击，都引发了重大冲突和持久的军事行动。虽然美国海军仍然是世界上规模最大、最具远征能力的部队，但规模较小的部队、恶势力和非正规对手正在使用新的创新技术破坏海上运输和海军资产。这些技术往往涉及 “系统的系统 ”方法，即恶意行为者通过作战系统的关键组件与对手对抗。在 21 世纪的大系统冲突中，对海上安全和优势的两个最持久的威胁来自于实现定位信息、导航、定时和态势感知的两项技术中的漏洞：全球定位系统 (GPS) 和自动识别系统 (AIS)。
海洋领域对国家安全的重要性常常被忽视。美国 90% 的进出口贸易是通过船舶进行的，海运系统 (MTS) 为国民经济贡献了 5.4 万亿美元，约占美国国内生产总值 (GDP) 的 25%。海运系统是一个由通航航道、港口、船闸、海运码头、游艇码头和海道组成的庞大网络，为贸易提供了便利。与 MTS 类似，全球海运网络 (GMTN) 是一个全球性的网络，由海港、水道、港口和码头组成，其贸易额占全球贸易额的 70% 以上，贸易量占全球贸易量的近 90%，促进了全球经济的发展。这些系统错综复杂、相互依存，与关键基础设施的其他方面一样，其组成部分作为全球经济和战略安全不可或缺的组成部分，其价值往往被低估。毫不夸张地说，多边贸易体系是粮食、能源、金融和国家安全以及在全球范围内的军事力量投射不可或缺的组成部分。
全球定位系统
世界上的多式联运系统依靠四大全球导航卫星系统（GNSS）--北斗（中国）、伽利略（欧盟）、格罗纳斯（俄罗斯）和全球定位系统（美国）--在海上进行导航、定线和态势感知。全球导航卫星系统提供定位、导航和授时（PNT）服务，不仅用于陆基、海基和空基导航，还用于关键基础设施所需的精确授时。授时的重要性无论如何强调都不为过；如果 GPS 授时信号失效或受到严重破坏，电信、金融服务、交通和配电网络等都将出现大面积故障。
全球定位系统可提供精确到接收器实际位置 3 英尺以内的定位信息。虽然在公海（所谓的蓝水）上可能不需要这样的精确度，但在沿岸地区（褐水）以及穿越狭窄的咽喉要道和关键节点（如霍尔木兹海峡、马六甲海峡、巴拿马运河、博斯普鲁斯海峡和苏伊士运河）时，精确的 PNT 却至关重要。全球定位系统在精确度、准确性和可靠性方面被公认为世界上最好的全球导航卫星系统，因此是世界上使用最广泛的系统。然而，全球定位系统有三个弱点：干扰、欺骗和系统全面瘫痪。
干扰是指接收器由于受到附近无线电传输的干扰而无法检测到合法的 GPS 信号。GPS 信号从高度为 12,550 英里的卫星发射，功率约为 50 瓦。然而，到达地球表面的信号功率仅为毫瓦。因此，恶意行为者甚至可以用几瓦特的功率在 GPS 频率上广播信号，使接收器无法从 GPS 信号中获取必要的 PNT 信息。
GPS 干扰并非新现象。虽然最初是为军方开发的，但十多年来公众也可以使用廉价的 GPS 干扰器，尽管使用这种干扰器是非法的。最早广为人知的例子之一是，2013 年，有人因在纽瓦克自由国际机场附近使用 GPS 干扰器干扰航班运行而被罚款。全球 GPS 干扰活动猖獗，尤其是在机场，挪威受到的影响尤为严重。此外，朝鲜和俄罗斯等都曾长期干扰或以其他方式破坏其他国家的全球导航卫星系统。
全球定位系统欺骗会使接收器在一个地方报告自己的位置，而实际上却在另一个地方。2012 年，德克萨斯大学奥斯汀分校的一个团队首次向国土安全部展示了欺骗技术，他们欺骗了一架无人机的 GPS 信号，使其失去了对正确高度的感知。2013 年 6 月，同一团队还欺骗了一艘价值 8000 万美元、长 213 英尺的超级游艇 “德拉克斯的白玫瑰 ”号的位置，使其在地中海中央改变了航线。GPS 欺骗并不局限于实验室条件。2017 年 6 月，地中海航运服务系统首次大规模公开 GPS 恶搞案例。当时，“阿特里亚 ”号油轮停泊在俄罗斯新罗西斯克港附近的黑海海域，但其全球定位系统却将其位置报告为 20 海里外的格连吉克机场。这艘 37.5 吨的油轮并非孤军奋战，至少有二十多艘其他船只上的接收器将它们定位在同一地点。
阿特里亚号事件并非孤立事件，甚至也不是第一起此类欺骗事件。2019 年，高级国防研究中心发布了一份报告，描述了早在 2016 年在黑海、克里米亚、俄罗斯联邦、叙利亚和其他地点发生的近 9900 起 GPS 欺骗事件，所有这些事件都与俄罗斯军方有关。2020年，调查记者报道称，一艘德国科考船在2017年和2018年的全球航行中，在许多地点检测到GPS欺骗和干扰事件。
当然，摧毁整个 GPS 系统才是终极漏洞。GPS 采用一个由超过 32 颗卫星组成的星座，其中 29 颗卫星在任何时候都在使用--系统运行至少需要 24 颗卫星。根据设计，GPS 能够抵御 “自然 ”故障；如果一颗卫星发生故障，它就会被移出位置，由替代卫星接替。然而，俄罗斯和中国都展示了 “卫星杀手”的能力，自 2021 年春季以来，俄罗斯总统弗拉基米尔-普京多次威胁要击落多颗或所有 GPS 卫星。全球定位系统无法抵御这种系统性故障。
全球定位系统的弱点和威胁不仅仅是海事界的问题，而且影响到现代社会的各个方面。目前还没有集中力量在短期内补充或增强 GPS。虽然全球定位系统由美国太空部队管理，但它既是军事资产也是民用资产，因此需要比军事解决方案更大的解决方案。2022 年 2 月俄罗斯入侵乌克兰的事件突出表明，有必要建立一个有保障的 PNT 系统，同时也需要增强系统。
自动识别系统
全球定位系统和其他全球导航卫星系统为自动识别系统（AIS）提供便利，AIS 是船舶和海事当局用来了解当地船舶交通情况的全球系统。自动识别系统数据由全球多个站点汇总，已发展成为船舶在一段时间内的历史航行记录。AIS 对于跟踪航运路线、基本行业情报和了解航运总体情况非常重要。AIS 设计于 20 世纪 90 年代，主要是为了应对 1989 年埃克森-瓦尔迪兹号搁浅后发生的漏油事件。根据 2002 年《海上人命安全公约》（SOLAS）的要求，自动识别系统存在几个众所周知的安全漏洞，包括缺乏发件人验证、信息时间戳、数据有效性验证和数据内容完整性。尽管美国所有大型军用船只都有 AIS 收发器，但由于 SOLAS 要求中的军舰豁免，大多数收发器在大多数时间都不进行广播。
结合使用 GPS 和 AIS 进行欺骗的一个早期例子是伊朗扣押悬挂英国国旗的油轮 Stena Impero 号。2019 年 7 月，Stena Impero 号在国际水域中驶过霍尔木兹海峡，突然转向北方，进入伊朗领海，并迅速被伊朗海军巡逻艇扣押。这一事件很可能是对英国今年早些时候因涉嫌违反欧盟制裁而扣押一艘伊朗船只的报复。
恶搞事件仍在继续，并演变成更强大的破坏性表演。2019 年 7 月，悬挂美国国旗的 M/V Manukai 在上海港报告了一系列错误的 GPS 和 AIS 读数。与以往让船只误以为身处错误地点的欺骗事件不同，“Manukai ”号看到的目标船只似乎在四处跳动。对该地区发生的许多事件进行进一步分析后发现，被欺骗的地点似乎是呈圆形的。被称为 “麦田怪圈 ”的类似欺骗还出现在其他地方，包括德黑兰。在所有这些案例中，船只都在欺骗地点附近。后来的分析表明，在雷耶斯角（旧金山以北）附近出现了圆圈欺骗现象，被欺骗的船只距离该地区远达 10,000 英里。
这些伪造自动识别系统的行为有多种目的，包括展示能力；掩盖非法、无管制或未报告的捕捞、走私和其他非法活动；清洗身份以逃避检测、制裁或检查。然而，对军舰的广泛欺骗代表着更危险程度的升级，而军舰并不总是定期广播 AIS 信息这一事实又加剧了这一危险。举例来说，AIS 数据显示，2020 年 9 月，英国皇家海军伊丽莎白女王号和五艘护卫舰正驶向爱尔兰海，而当时的卫星图像显示，在他们假想的位置上是一片空旷的海洋。事实上，这六艘船不仅没有出现在 AIS 显示的位置上，而且当时根本就不在一起--甚至很可能没有实际播发 AIS 信息。
在这种情况下，再加上该地区随后发生的事件，2021 年 6 月北大西洋公约组织（NATO）船只在黑海的 AIS 欺骗事件就具有了完全不同的意义。在该月下旬的一次预定演习之前，两艘北约军舰 “卫士 ”号（英国）和 “埃弗森 ”号（荷兰）于 6 月 18 日下午抵达敖德萨（乌克兰）。AIS 跟踪数据显示，当晚晚些时候，两艘军舰直接驶向塞瓦斯托波尔（克里米亚），停靠在距离俄罗斯黑海舰队指挥部所在港口 2 海里以内的地方。然而，YouTube 视频、实时网络摄像头和其他证据显示，两艘船均未离开码头。由于克里米亚的主权存在争议，而且俄罗斯黑海舰队司令部就设在塞瓦斯托波尔，北约船只未经宣布进入俄罗斯声称属于其领海的水域完全可以说是一种挑衅行为。事实上，自动识别系统（AIS）的跟踪显示，大约 10 天后，美国海军 “罗斯 ”号靠近克里米亚，尽管实时网络摄像头显示它停靠在敖德萨码头。
2021 年黑海事件是过去几年中许多国家军舰 AIS 轨迹被欺骗这一更大模式的一部分。(本文作者之一在 2021 年 8 月 DEFCON 的 “黑船村”上展示了俄罗斯 “莫斯科 ”号导弹巡洋舰进入佛罗里达东海岸卡纳维拉尔港时的欺骗航迹[见图 1]，以此说明 AIS 欺骗是多么容易实现）。
地缘政治风险和影响
历史相似性。2021 年的黑海事件似乎是历史的预演。欺骗北约船只最有可能的来源是俄罗斯，因为俄罗斯在事件发生后能够发表剑拔弩张的言论。尽管世界上大多数国家都明白这些航迹是假的，但俄罗斯人民很可能相信了北约侵略的证据。从普京的角度来看，他的国内受众--而非世界其他国家--是唯一需要被说服的受众。
目前还不能确定对北约舰艇的恶搞是为了测试其能力，还是作为战争的借口。如果是后者，那么海上虚假电子信号为武装冲突提供理由就不是第一次了。请看北部湾事件的客观教训。1964 年 8 月 2 日，美国海军马多克斯号驱逐舰遭到三艘北越巡逻艇的攻击。小规模冲突结束后，所有进攻的巡逻艇均被击毁，10 名北越水兵伤亡，“马多斯 ”号上发现一个弹孔。这是第一次北部湾事件。两天后，“马多克斯 ”号和 “特纳-乔伊 ”号通过雷达探测到北越巡逻艇正在靠近。在雷达和声纳上看到他们认为是鱼雷的踪迹后，这两艘军舰向巡逻艇开火，尽管这两艘军舰和任何美国海军飞机都没有与攻击者进行目视接触。这是第二次北部湾事件，也是美国国会通过《北部湾决议》，使驻越美军任务升级的诱因。
然而，第二次北部湾事件并未发生。虽然雷达报告周围很可能有船只，但并没有攻击的巡逻艇，也没有鱼雷。来自雷达和声纳的信号情报被误读且相互矛盾，在事实上没有刺激的情况下引起了反应。然而，由于匆忙做出判断--这种判断在政治上很受欢迎，而且似乎与两天前敌人的行动一致--信号情报（SIGINT）没有得到仔细审查，当时已知的矛盾之处也没有得到调查。袭击--无论是真实的还是想象的--都符合当时的说法和政治风向。
2022 年 7 月 24 日，北约第 2 常设海上编队的舰艇，包括意大利海军 ITS Alpino 号、美国海军 USS Harry S. Truman 号和 USS Cole 号，在地中海编队航行（美国海军/Crayton Agnew）。
影响与对策。当敌对国家的军舰相互靠近时，存在着巨大的危险。当操作人员可以故意改变 SIGINT 和导航信号以歪曲事实--或歪曲人们对事实的看法时，这个空间就更加危险了；故意破坏这些系统是挑衅行为，会产生深远的后果。破坏全球定位系统和其他全球导航卫星系统会造成导航不确定性、延误和供应链效率低下。在沿岸和近海岸水域、狭窄海峡和国际咽喉要塞，船舶在误差余地很小的情况下运行，干扰也会造成事故。虚假的自动识别系统航迹可以支持恶毒的言论，损害美国盟友和合作伙伴的利益。此外，对手还可以伪造 AIS，以伪装成规模更大的部队，或改变船只的航行历史。虽然网络攻击尚未引起集体防御反应或触发北约条约第 5 条，但这些干扰的二阶和三阶影响是无法估量的。此外，在每次事件中，美国海军都必须迅速识别威胁，确定决策方向，并决定应对措施。
鉴于 GPS 和 AIS 信号很容易被欺骗，我们所处的环境尤为危险。任何敌国政府--无论是伊朗、朝鲜、俄罗斯还是其他国家--都可以轻而易举地在历史记录中实时输入完全虚假的船只航行轨迹。虽然有些人可能会争论对 GPS 和 AIS 的攻击是否属于网络性质，但这些争论都没有抓住重点。网络安全一词是个误解；我们必须关注的是保护信息和其他必要数据的保密性、完整性、可用性、真实性、实用性和占有性。从这个角度来看，对 GPS 和 AIS 的攻击显然会影响导航和态势感知信息的多种特性。
鉴于俄罗斯入侵乌克兰，海事网络安全在今天显得尤为重要。从表面上看，俄罗斯发动战争的借口之一是北约对俄罗斯边境的蚕食。2021 年 6 月对北约船只的欺骗很可能是北约侵略的部分表现。还有大量证据表明，俄罗斯在对乌克兰的战争中利用全球定位系统进行攻击，目标是航空、火炮和其他军事系统以及通信系统（其中许多系统依靠全球导航卫星系统进行授时）。据报道，俄罗斯的干扰有时非常强烈，以至于干扰了俄罗斯自己的系统。在导航方面，俄罗斯可以使用 Chayka 地面电子导航系统作为全球轨道导航卫星系统和其他全球导航卫星系统的备份。
现在，大多数 GPS 干扰/欺骗缓解战略都是短期改进措施。例如，许多商用全球导航卫星系统接收器可以检测到主星座上的传入信号是否是假的。在某些情况下，接收器可以切换到另一个全球导航卫星系统星座。但是，全球定位系统没有可用的备份或增强功能。在全球定位系统普及和使用之前，美国和国际海事界依靠的是远程导航（LORAN）陆基导航系统。美国国土安全部于 2010 年让 LORAN 退役，GPS 没有了海上备用系统。事实上，如今许多海员不知道如何使用 LORAN 设备，也不了解海图上的 LORAN 标记。2018 年，特朗普政府授权交通部长通过陆基授时系统建立 GPS 的后备系统，但拟议的替代系统增强型 LORAN（又称 eLORAN）尚未启动。卫星定位、导航和授时的另一个潜在替代方案是使用量子传感器进行定位，但研究人员尚未完全实现这一功能。同样，虽然已有一些确保 AIS 安全的建议，但国际标准机构在规划或执行方面并不一致。
2023 年 3 月 10 日，派往美国海军祖姆沃尔特号的水兵在圣迭戈海军基地的导航、航海技术和船舶操纵训练器上参加桥梁资源管理课程时，参加模拟船舶转运（美国海军/Kevin C. Leitner)
结论
对 GPS 和 AIS 信息的干扰和欺骗在过去 50 年中不断升级，从简单的能力展示到真正危险的情况，误解可能引发重大冲突。攻击面正变得越来越无处不在，对军事资产的打击可以通过非军事载体进行。美国国防界可以通过多种方式减少其系统中的漏洞。首先，培训和宣传可以使军事和商业航海者意识到系统的弱点。海事操作员和舰桥官应了解其舰船上的信息和操作技术系统，以及这些系统相互连接和相互作用的无数方式。具有信息安全意识的官员以及船上探测系统应纳入海事人员和管理系统。导航和驾驶台人员必须能够确定自动系统显示的信息是否可疑，并且必须有独立的手段来验证这些系统。此外，天体导航技术以及惯性和双曲线系统科学也需要纳入海事从业人员的课程。此外，海上海军演习需要包括全球导航卫星系统和自动识别系统被敌军破坏的场景，并测试从业人员在没有现有技术的情况下将如何应对。演习中还应纳入一些机会，以测试网络防御者的创新能力及其主动瞄准敌方的能力。
接下来，立法者和资助机构必须相信，如果不在短期内解决 GPS 和自动识别系统的漏洞，国家安全所面临的威胁是可信的，而且可能是灾难性的。所有 PNT 利益相关者，无论是军方、政府还是商业部门，都有责任承担这一责任。中国和俄罗斯都使用基于地面的 PNT 系统来增强他们的 GNSS 系统，这使他们比美国具有显著的战略优势。国家天基 PNT 咨询委员会没有建议在短期内恢复 LORAN 作为储备能力，而是制定了一项战略，即在非全球导航卫星系统 PNT 系统（如使用量子传感的系统）普及之前，加强现有 GPS 系统并使其现代化。另一个解决方案是将美国国家航空航天局喷气推进实验室的全球差分全球定位系统（GDGPS）整合到美国的国家安全实体和关键基础设施中。GDGPS 跟踪来自所有全球导航卫星系统星座的数据，为定位应用提供校正和实时精度。然而，美国政府内部尚未授权任何一个实体全面实施 PNT 增强能力或监督 PNT 综合战略。将 GDGPS 系统全面整合到国家安全架构中需要战略指导和资金支持。此外，许多专家已开始承认中国在 PNT 综合能力方面处于全球领先地位，为了与中国竞争，美国将在国家层面通过一项 PNT 长期战略计划。该计划应认识到 PNT 对国家安全的重要性，并作为一个完整的系统体系，全面致力于提高所有 PNT 能力（即低轨道卫星、天基卫星、地面导航、惯性导航、量子传感、LORAN 和天体导航）。
另外，自动识别系统的安全解决方案也极有可能为商业行业带来积极的收益。AIS 系统的竞标应纳入安全措施，如公钥或非对称加密、数字签名，或结合商业应用、计算机和手机中常见的基于身份的认证。然而，确保 AIS 安全可能是一个更难解决的问题，因为这需要两个联合国组织达成国际协议--国际海事组织负责 SOLAS，国际电信联盟负责 AIS 空中协议。应对这一挑战需要明确的愿景和积极主动的领导。
由于 GPS 和 AIS 武器化带来的严重危险，政策制定者和海事运营商不仅要了解这些威胁的风险和影响，还要了解能增强作战人员应变能力的缓解技术和应对措施，这一点至关重要。此外，美国政府还需要应对我们的对手在 PNT 弹性和增强性方面已形成的巨大优势。冗余和安全措施可能代价高昂，但 PNT 弹性和增强以及 AIS 安全措施对于保护我们国家的关键资产和缓解未来冲突至关重要。
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