Artificial Intelligence in Maritime Cybersecurity: A Systematic Review of AI-Driven Threat Detection and Risk Mitigation Strategies

الذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري: مراجعة منهجية لاستراتيجيات كشف التهديدات وتخفيف المخاطر القائمة على الذكاء الاصطناعي

👤 Tymoteusz Miller, Irmina Durlik, Ewelina Kostecka, Sylwia Sokołowska, Polina Kozlovska, Rafał Zwolak 📄 Electronics, 2025 · Vol. 14, No. 9, 1844 🔗 10.3390/electronics14091844 ✓ CC BY 4.0

الملخص

يشهد القطاع البحري تحولاً رقمياً يدمج الأتمتة والذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء لتعزيز الكفاءة التشغيلية والسلامة. غير أن هذا التطور التكنولوجي زاد أيضاً من الثغرات السيبرانية، مما عرّض السفن والموانئ وشبكات الاتصالات البحرية لتهديدات سيبرانية متطورة. تفحص هذه المراجعة المنهجية، المُجراة وفق إرشادات PRISMA، المشهد الحالي لحلول الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي في البيئات البحرية. ومن خلال تحليل الدراسات المحكّمة وتقارير الصناعة، تحدّد المراجعة المنهجيات الرئيسية للذكاء الاصطناعي، بما فيها أنظمة كشف التسلل القائمة على تعلم الآلة، وآليات كشف الشذوذ، والنمذجة التنبؤية للتهديدات، وبِنى الثقة الصفرية المعززة بالذكاء الاصطناعي. وتقيّم الدراسة فاعلية هذه التقنيات في تخفيف المخاطر السيبرانية، وتفحص تحديات تطبيقها، وتُبرز الفجوات البحثية القائمة. وتشير النتائج إلى أن الحلول المدعومة بالذكاء الاصطناعي تعزّز بشكل كبير قدرات الكشف عن التهديدات والاستجابة لها في الوقت الفعلي في الشبكات البحرية، لكن قضايا مثل ندرة البيانات والقيود التنظيمية والهجمات العدائية على نماذج الذكاء الاصطناعي ما تزال دون حل. وينبغي أن تركز اتجاهات البحث المستقبلية على دمج الذكاء الاصطناعي مع البلوك تشين والتعلم الموحّد وتقنيات التشفير الكمّي لتعزيز أطر الأمن السيبراني البحري.

1. المقدمة

يمر القطاع البحري، وهو حجر الزاوية في التجارة واللوجستيات العالمية، بتحول رقمي عميق يقوده الذكاء الاصطناعي والأتمتة والأنظمة المترابطة التي تعيد تعريف العمليات البحرية. فقد حسّنت تقنيات مثل إنترنت الأشياء والسفن ذاتية القيادة والموانئ الذكية ومراقبة الأساطيل عبر السحابة عمليات مثل مسارات الشحن وتتبع البضائع واستهلاك الوقود. لكن هذا التطور الرقمي وسّع في الوقت نفسه المشهد التهديدي، كاشفاً البنى التحتية البحرية الحرجة لهجمات سيبرانية قادرة على تعطيل سلاسل الإمداد العالمية وتهديد السلامة الملاحية والتسبب بعواقب مالية وبيئية جسيمة.

تعتمد الشبكات البحرية على منظومة معقدة من الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وتبادل البيانات بين السفينة والشاطئ وأنظمة المراقبة عن بُعد، وقد أدت زيادة الاتصال إلى اتساع سطح الهجوم، مما جعل القطاع عرضة لبرامج الفدية وانتحال GPS وهجمات حجب الخدمة والتسللات غير المصرّح بها إلى أنظمة التحكم في السفن. وبرز دمج الذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري كضمانة حرجة — عبر الأتمتة والكشف الفوري عن التهديدات — وكنقطة ضعف محتملة في الوقت نفسه نظراً لقابليته للتلاعب العدائي ومخاطر خصوصية البيانات. وتوفر حلول الذكاء الاصطناعي، مثل أنظمة كشف التسلل القائمة على تعلم الآلة وأطر كشف الشذوذ والتحليلات التنبؤية للتهديدات، إمكانات أتمتة الكشف عن التهديدات وتحسين أزمنة الاستجابة وتقليل التدخل البشري، لكن هذه المزايا توازنها تحديات مثل الهجمات العدائية على النماذج والقيود التنظيمية ومحدودية مجموعات البيانات البحرية.

ورغم تنامي البحوث حول تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني، يفتقر الأدب إلى تحليل منهجي يركّز على كيفية تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي تحديداً في البيئات البحرية، إذ ركّزت البحوث القائمة إلى حد كبير على تدابير الأمن التقليدية مع استكشاف محدود للمناهج القائمة على الذكاء الاصطناعي والمكيّفة مع قيود المجال البحري الفريدة مثل عدم موثوقية الاتصال وزمن الاستجابة التشغيلي والحاجة إلى اتخاذ القرار الفوري في الظروف الديناميكية. وتهدف هذه الدراسة إلى سد هذه الفجوة عبر مراجعة منهجية لحلول الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي في البيئات البحرية وفق منهجية PRISMA، وأهدافها الرئيسية هي: (1) تحديد تقنيات الذكاء الاصطناعي الرئيسية المستخدمة في الأمن السيبراني البحري، و(2) تقييم فاعليتها في كشف التهديدات السيبرانية وتخفيفها، و(3) فحص تحديات اعتماد الذكاء الاصطناعي في الأمن البحري، و(4) اقتراح اتجاهات بحثية مستقبلية لتعزيز مرونة الأمن السيبراني في القطاع البحري.

2. المنهجية

تتبع هذه المراجعة المنهجية إرشادات البنود المفضلة لإعداد التقارير عن المراجعات المنهجية والتحليلات التلوية (PRISMA) لضمان تجميع دقيق وشفاف للبحوث القائمة حول حلول الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي في القطاع البحري. واعتُمد نهج المراجعة المنهجية للأدبيات لتحديد الدراسات ذات الصلة حول تطبيقات الذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري وتقييمها وتجميعها، مع التركيز على المقالات المحكّمة وأوراق المؤتمرات وتقارير الصناعة التي تتناول تدابير الأمن القائمة على الذكاء الاصطناعي، بما فيها كشف التسلل وكشف الشذوذ وبِنى الثقة الصفرية والنمذجة التنبؤية للتهديدات في البيئات البحرية.

وُجّه اختيار الدراسات بمعايير أهلية محددة: أُدرجت الدراسات التي تناقش صراحة استخدام الذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني للشبكات البحرية — مثل تعلم الآلة والتعلم العميق والتعلم المعزز والأمن المعزز بالبلوك تشين — والمنشورة في مجلات محكّمة أو مؤتمرات عالية الجودة بين 2015 و2025، والتي تقدّم تقييمات تجريبية أو دراسات حالة أو محاكاة لآليات الأمن القائمة على الذكاء الاصطناعي في البيئات البحرية. واستُبعدت الدراسات التي لا تتناول الأمن السيبراني البحري تحديداً أو التي تركز فقط على أساليب الأمن التقليدية غير القائمة على الذكاء الاصطناعي، والأوراق المفتقرة إلى إطار منهجي واضح أو تفاصيل تقنية أو إسهامات جوهرية. وأُجري البحث المنهجي في قواعد بيانات IEEE Xplore وScopus وWeb of Science وGoogle Scholar باستخدام كلمات مفتاحية ومعاملات منطقية، مع فحص قوائم مراجع الأوراق الرئيسية يدوياً، واتباع عملية اختيار متعددة المراحل: فرز أولي للعناوين والملخصات، ثم مراجعة النص الكامل، ثم استخراج البيانات بقالب معيّن، وحلّ أي خلافات بالتوافق بين المراجعين.

أُجري تجميع نوعي للبيانات المستخرجة لتحديد تقنيات الذكاء الاصطناعي الشائعة في الأمن السيبراني البحري وتقييم فاعليتها وإبراز الفجوات البحثية، حيث صُنّفت الدراسات حسب المنهجية المستخدمة مثل التعلم الموجَّه لكشف التهديدات والتعلم غير الموجَّه لكشف الشذوذ والتعلم المعزز لتدابير الأمن التكيفية، مع تقييم التحيز ومخاطر الصلاحية لضمان موثوقية النتائج. وأُنشئ مخطط تدفق PRISMA لتوضيح عملية اختيار الدراسات، مع بيان عدد السجلات المحددة والمفرزة والمُدرجة والمُستبعدة في كل مرحلة، وحُلّلت المجموعة النهائية بشكل منهجي لاستخلاص رؤى حول الحالة الراهنة للذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري واتجاهاته المستقبلية.

3. النتائج

حدّد البحث المنهجي في قواعد البيانات الأكاديمية 1069 مقالاً أولياً، وبعد تطبيق قيود نوع المستندات والمجالات الموضوعية صُفّيت المجموعة إلى 695 مقالاً، ثم أدت التصفية الإضافية بالكلمات المفتاحية المتعلقة بالأمن السيبراني والذكاء الاصطناعي، يليها فرز العناوين والملخصات ومراجعة النص الكامل، إلى اختيار نهائي للدراسات الأكثر صلة بتطبيقات الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي في القطاع البحري. وكشف تحليل الاستشهادات عن أثر بحثي متنامٍ بإجمالي 7006 استشهادات، وبلغ عدد المنشورات ذروته عام 2023 بـ167 مقالاً. وتتصدر الصين والولايات المتحدة التوزيع الجغرافي للمساهمات البحثية بـ157 و107 منشورات على التوالي، تليهما المملكة المتحدة والهند وإيطاليا والنرويج وألمانيا، بينما كان جزء كبير من المنشورات (401 وثيقة) أوراق مؤتمرات مقابل 261 مقالاً محكّماً، مما يشير إلى أن المجال ما يزال سريع التطور وفي طور التحقق التجريبي.

تضم المجموعة النهائية أبحاثاً تدرس طيفاً واسعاً من تقنيات الذكاء الاصطناعي للأمن السيبراني في البيئات البحرية: تعلم الآلة والتعلم العميق والتعلم المعزز وأمن البلوك تشين وبِنى الثقة الصفرية، بتطبيقات في السفن ذاتية القيادة والموانئ الذكية واللوجستيات البحرية واتصالات السفينة بالشاطئ. ويهيمن على الأدبيات كشف الشذوذ في الشبكات البحرية، حيث دُرّبت نماذج الذكاء الاصطناعي على كشف التهديدات السيبرانية في أنظمة التعريف الآلي (AIS) وقنوات اتصالات السفن وأنظمة الملاحة البحرية عبر الأقمار الصناعية. وتظهر تقنيات التعلم العميق — ولا سيما الشبكات العصبية الالتفافية والمتكررة — بكثرة في دراسات التنبؤ بالتهديدات البحرية وكشف الهجمات، وتقترح عدة أعمال نماذج هجينة تجمع التعلم الموجَّه وغير الموجَّه لتحسين دقة وكفاءة كشف التسلل في أطر الأمن السيبراني البحري.

حظي تقييم المخاطر السيبرانية للسفن ذاتية القيادة باهتمام متزايد، إذ تؤكد دراسات كثيرة ضعف الأنظمة البحرية غير المأهولة أمام الهجمات السيبرانية وتقترح نماذج أمنية معززة بالذكاء الاصطناعي للمراقبة المستمرة والتنبؤ بالاختراقات وإطلاق تدابير التخفيف ذاتياً. كما برز دمج البلوك تشين للمعاملات البحرية الآمنة ومصادقة السفن، والتعلم الموحّد كحل للحفاظ على الخصوصية عبر تمكين النماذج الموزعة من التعلم دون تخزين مركزي للبيانات، وبِنى الثقة الصفرية المدعومة بالذكاء الاصطناعي التي تتحقق باستمرار من بيانات الاعتماد في الأنظمة السحابية البحرية. ومن مجالات البحث الرئيسية الأخرى تطبيق الذكاء الاصطناعي على استخبارات التهديدات البحرية والتنبؤ بالهجمات السيبرانية، باستخدام نماذج معالجة اللغة الطبيعية لتحليل تقارير الحوادث وتقنيات الرسوم البيانية لنمذجة انتشار التهديدات.

كشف تقييم شامل للتحيز في الدراسات المختارة عن قيود حرجة متعددة المصادر: تحيز الاختيار من الاعتماد على مجموعات بيانات صغيرة أو اصطناعية غير ممثلة (نحو 30% من الدراسات) والتدريب على مجموعات بيانات عامة للبنى التحتية التقليدية تختلف جذرياً عن البيئات البحرية؛ وتحيز التحقق من تقييم النماذج في بيئات محاكاة فقط (نحو 25%)؛ والتحيز الخوارزمي من استخدام نماذج صندوق أسود عميقة بلا آليات قابلية تفسير (نحو 15%)؛ وتحيز النشر من بقاء النماذج في طور الإثبات النظري دون اختبار تشغيلي (نحو 12%)؛ والثغرات العدائية بتجاهل هجمات التلاعب بالمدخلات (نحو 10%)؛ والنقاط التنظيمية العمياء بتجاهل الأطر القانونية والأخلاقية (نحو 8%). ولمعالجة ذلك، توصي المراجعة بتطوير مجموعات بيانات بحرية واقعية، واختبارات نشر تشغيلية تجريبية، ودمج الذكاء الاصطناعي القابل للتفسير، والتدريب المتين عدائياً، ومواءمة الأطر مع متطلبات الامتثال الدولية.

4. المناقشة

تؤكد هذه المراجعة المنهجية الدور المتنامي للذكاء الاصطناعي في تعزيز الأمن السيبراني البحري، إذ يكشف تحليل 278 دراسة عن دمج الذكاء الاصطناعي عبر طبقات متعددة: أنظمة كشف التسلل وأطر كشف الشذوذ ونماذج تقييم المخاطر السيبرانية وأساليب التشفير القائمة على الذكاء الاصطناعي وبروتوكولات المصادقة المدعومة بالبلوك تشين، بدقة ملحوظة في تحديد التهديدات والتعرف على الأنماط الخبيثة والتنبؤ بالثغرات وأتمتة الاستجابة للتهديدات. ومن أكثر التطبيقات شيوعاً كشف الشذوذ القائم على تعلم الآلة في مراقبة مسارات السفن وشبكات اتصالاتها وأمن AIS — وهو نظام حيوي للسلامة الملاحية لكنه عرضة للانتحال والتلاعب — حيث أظهرت نماذج التعلم العميق وعداً في كشف شذوذ الملاحة والوصول غير المصرّح به. كما طُبّقت نماذج الذكاء الاصطناعي على تأمين الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وشبكات السفن وأنظمة الاتصالات المعرّفة برمجياً، ويدعم دمج البلوك تشين إدارة الهوية وسلامة البيانات، بينما يحافظ التعلم الموحّد على خصوصية البيانات في الشبكات البحرية الموزعة عبر الولايات القضائية.

ورغم التقدم، ما تزال قيود جوهرية قائمة: ندرة مجموعات البيانات البحرية الموسومة عالية الجودة، إذ تُدرَّب معظم النماذج على بيانات عامة لا تعكس ظروف الشبكات البحرية (النطاق المحدود وزمن الاستجابة العالي والبيئات المعزولة) ونادراً ما تُبلَّغ الحوادث البحرية الحقيقية علناً؛ وقابلية النماذج للهجمات العدائية حيث يمكن لاضطرابات صغيرة مدروسة في قراءات الحساسات أو حركة الشبكة أن تسبب تصنيفات خاطئة حرجة؛ والافتقار إلى قابلية التفسير حيث تعمل الشبكات العصبية العميقة والتعلم المعزز كصناديق سوداء بلا شفافية، مما يقوّض الثقة ويعقّد التدقيق والامتثال التنظيمي؛ والقيود التنظيمية والقانونية، إذ تفرض منظمات مثل IMO وEMSA متطلبات صارمة بينما تفتقر أنظمة الذكاء الاصطناعي إلى آليات امتثال وهياكل مساءلة واضحة — ولا سيما حول المسؤولية عن الإخفاقات — وتُعقّد حوكمة البيانات العابرة للحدود الاعتماد العالمي.

لتحقيق الإمكانات الكاملة للذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري، يجب أن تستكشف البحوث المستقبلية مسارات مبتكرة: الأمن السيبراني المقاوم للحوسبة الكمّية عبر دمج خوارزميات التشفير ما بعد الكمّي وتوزيع المفاتيح الكمّية لحماية اتصالات السفن ذاتية القيادة والموانئ الذكية؛ والتعلم الموحّد للتعاون المحافظ على الخصوصية عبر الأساطيل وأنظمة الموانئ دون نقل البيانات الحساسة، مع تحسينه للبيئات منخفضة النطاق وعالية زمن الاستجابة؛ وتعزيز الذكاء الاصطناعي القابل للتفسير بتقنيات مثل SHAP وLIME وقابلية التفسير القائمة على الرسوم البيانية لبناء الثقة ودعم فرق الأمن؛ وتطوير معايير بحرية خاصة بالذكاء الاصطناعي تغطي المساءلة عن القرارات ومقاييس الأداء الموحدة وحوكمة المخاطر العابرة للحدود والضمانات الأخلاقية ضد إساءة استخدام تقنيات المراقبة.

يطرح دمج الذكاء الاصطناعي في أنظمة الأمن السيبراني البحري تحديات تنظيمية وقانونية وأخلاقية جوهرية تتطلب تطوير أطر الحوكمة: فالغموض يكتنف المسؤولية عند إخفاق النماذج أو إصدار إنذارات كاذبة تعطل العمليات، مما يستلزم هياكل مساءلة واضحة وآليات تدقيق وإرشادات للتعاون بين الإنسان والذكاء الاصطناعي باعتباره نظام دعم قرار لا فاعلاً مستقلاً تماماً؛ والأمن السيبراني البحري عالمي بطبيعته بينما التنظيمات الحالية مجزأة ونادراً ما تُعنى بتقنيات الذكاء الاصطناعي، مما يستلزم أطر امتثال معترفاً بها دولياً ومنصات مشتركة لاستخبارات التهديدات وبرامج اعتماد للمهنيين؛ وقد يمتد استخدام الذكاء الاصطناعي إلى المراقبة والتنميط السلوكي، مما يستلزم حدوداً بين الأمن السيبراني والمراقبة ومبادئ الخصوصية منذ التصميم ومتطلبات الشفافية. وتجيب المراجعة عن أسئلتها البحثية الأربعة: تقنيات الذكاء الاصطناعي المستخدمة (تعلم الآلة والتعلم العميق والتعلم المعزز والتعلم الموحّد والبلوك تشين المعزز)؛ وفاعليتها (دقة محسّنة واستجابة أسرع وأتمتة للتخفيف، لكنها محدودة بالاختبار المحاكى وندرة البيانات)؛ وتحديات الاعتماد (التحيز والندرة والهجمات العدائية وغياب التفسير والغموض التنظيمي والمخاوف الأخلاقية)؛ والاتجاهات المستقبلية (مجموعات بيانات بحرية واسعة، ومتانة عدائية، وأطر تفسيرية، وحوكمة معيارية، ودمج التقنيات الكمّية).

5. الخاتمة

تُبرز هذه المراجعة المنهجية الدور التحويلي للذكاء الاصطناعي في الأمن السيبراني البحري، ولا سيما في كشف التسلل وكشف الشذوذ والأمن المعزز بالبلوك تشين وتقييم المخاطر السيبرانية للسفن ذاتية القيادة وبنى الموانئ التحتية. وتوفر حلول الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي قدرات غير مسبوقة في التنبؤ بالتهديدات وتخفيف الهجمات والمراقبة الأمنية الآلية، مقدمة آلية دفاع استباقية ضد التهديدات السيبرانية المتطورة التي تستهدف القطاع البحري. ومع ذلك، ما تزال تحديات حرجة قائمة: الافتقار إلى مجموعات بيانات بحرية عالية الجودة يحد من دقة النماذج وقابليتها للتعميم، وقابلية الأطر الأمنية للهجمات العدائية تثير مخاوف حول الموثوقية، وطبيعة الصندوق الأسود للتعلم العميق تعيق قابلية التفسير وتخلق مشاكل ثقة لدى المهنيين والمشغّلين والجهات التنظيمية، وغياب سياسات موحدة للذكاء الاصطناعي والمواءمة التنظيمية الدولية يعقّد النشر الواسع.

يجب أن تركز البحوث المستقبلية على تعزيز مرونة أطر الأمن السيبراني القائمة على الذكاء الاصطناعي وقابليتها للتفسير وقدرتها على التكيف، مع دمج نماذج أمنية مقاومة للحوسبة الكمّية لحماية الأنظمة مستقبلاً، واستكشاف بِنى التعلم الموحّد للتدريب التعاوني عبر الشبكات البحرية مع الحفاظ على الخصوصية، وتطوير نماذج الذكاء الاصطناعي القابلة للتفسير لزيادة الثقة والقبول التنظيمي. وعلى صعيد السياسات، يجب اتخاذ خطوات عاجلة لوضع تنظيمات عالمية معيارية للأمن السيبراني القائم على الذكاء الاصطناعي تضمن المواءمة مع الأطر القانونية والأخلاقية والتشغيلية الدولية، وأن تتعاون الحكومات ووكالات الأمن السيبراني البحري وباحثو الذكاء الاصطناعي لتحديد هياكل المسؤولية والمبادئ الأخلاقية وسياسات الحوكمة للنشر الآمن والمسؤول. ومن خلال معالجة هذه التحديات التقنية والتنظيمية والتشغيلية، يمكن تحسين حلول الذكاء الاصطناعي وتوحيدها ونشرها على نطاق واسع، مؤمّنة مستقبل الشحن العالمي وعمليات الدفاع البحرية وبنى الموانئ الذكية.

Abstract

The maritime industry is undergoing a digital transformation, integrating automation, artificial intelligence (AI), and the Internet of Things (IoT) to enhance operational efficiency and safety. However, this technological evolution has also increased cybersecurity vulnerabilities, exposing vessels, ports, and maritime communication networks to sophisticated cyber threats. This systematic review, conducted following the PRISMA guidelines, examines the current landscape of AI-driven cybersecurity solutions in maritime environments. By analyzing peer-reviewed studies and industry reports, this review identifies key AI methodologies, including machine-learning-based intrusion detection systems, anomaly detection mechanisms, predictive threat modeling, and AI-enhanced zero-trust architectures. This study assesses the effectiveness of these techniques in mitigating cyber risks, explores their implementation challenges, and highlights existing research gaps. The findings indicate that AI-powered solutions significantly enhance real-time threat detection and response capabilities in maritime networks, yet issues such as data scarcity, regulatory constraints, and adversarial attacks on AI models remain unresolved. Future research directions should focus on integrating AI with blockchain, federated learning, and quantum cryptographic techniques to strengthen maritime cybersecurity frameworks.

1. Introduction

The maritime industry, a cornerstone of global trade and logistics, is undergoing a profound digital transformation driven by artificial intelligence (AI), automation, and interconnected systems that redefine maritime operations. Technologies such as the Internet of Things (IoT), autonomous ships, smart ports, and cloud-based fleet monitoring have significantly optimized operations such as shipping routes, cargo tracking, and fuel consumption. Yet, this digital evolution has simultaneously expanded the threat landscape, exposing critical maritime infrastructure to cyberattacks capable of disrupting global supply chains, compromising navigational safety, and causing severe financial and environmental consequences.

Maritime networks rely on a complex ecosystem of satellite communications, ship-to-shore data exchanges, and remote monitoring systems. The increased connectivity has widened the attack surface, making the sector vulnerable to ransomware, GPS spoofing, denial-of-service (DoS) attacks, and unauthorized intrusions targeting ship control systems. In particular, the integration of AI in maritime cybersecurity has emerged as both a critical safeguard — enabling automation and real-time threat detection — and a potential vulnerability due to its susceptibility to adversarial manipulation and data privacy risks. AI-driven cybersecurity solutions, including machine-learning-based intrusion detection systems (IDSs), anomaly detection frameworks, and predictive threat analytics, offer the potential to automate threat detection, improve response times, and reduce human intervention. However, these benefits are counterbalanced by challenges such as adversarial attacks on AI models, regulatory constraints, and limitations in maritime-specific datasets.

Despite the growing body of research on AI applications in cybersecurity, there is a lack of systematic analysis focused on how AI technologies are specifically applied in maritime environments. The existing literature has largely emphasized traditional cybersecurity measures, with limited exploration of AI-driven approaches tailored to the unique constraints of the maritime domain, such as unreliable network connectivity, operational latency, and the need for real-time decision making in dynamic conditions. This study addresses this gap by conducting a systematic review of AI-based cybersecurity strategies in maritime environments, following the PRISMA methodology. The primary objectives are to (1) identify the key AI techniques employed in maritime cybersecurity, (2) assess their effectiveness in detecting and mitigating cyber threats, (3) examine the challenges associated with AI adoption in maritime security, and (4) propose future research directions for strengthening cybersecurity resilience in the maritime domain.

2. Methods

This systematic review follows the Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA) guidelines to ensure a rigorous and transparent synthesis of the existing research on AI-driven cybersecurity solutions in the maritime sector. A systematic literature review (SLR) approach was adopted to identify, evaluate, and synthesize the relevant studies on AI applications in maritime cybersecurity, with the focus placed on peer-reviewed journal articles, conference papers, and industry reports discussing AI-driven security measures, including intrusion detection, anomaly detection, zero-trust architectures, and predictive threat modeling in maritime environments.

Study selection was guided by specific inclusion and exclusion criteria: studies explicitly discussing the use of AI for cybersecurity in maritime networks — such as machine learning, deep learning, reinforcement learning, or AI-enhanced blockchain security — published in peer-reviewed journals or high-quality conference proceedings between 2015 and 2025, and providing empirical evaluations, case studies, or simulations of AI-driven cybersecurity mechanisms in maritime environments were included. Studies not specifically addressing maritime cybersecurity or focused solely on traditional, non-AI methods, and papers lacking a clear methodological framework, technical implementation details, or significant contributions were excluded. The systematic search covered IEEE Xplore, Scopus, Web of Science, and Google Scholar using keywords and Boolean operators, supplemented by manual screening of reference lists of key papers, and followed a multi-step selection process: initial title/abstract screening, full-text review, standardized data extraction, with discrepancies resolved by reviewer consensus.

A qualitative synthesis of the extracted data was performed to identify common AI techniques used in maritime cybersecurity, assess their effectiveness, and highlight existing research gaps. Studies were categorized by the specific AI methodologies employed, such as supervised learning for threat detection, unsupervised learning for anomaly detection, and reinforcement learning for adaptive cybersecurity measures, alongside an assessment of bias and study limitations to ensure reliability. A PRISMA flow diagram was generated to illustrate the study selection process, detailing the number of records identified, screened, included, and excluded at each stage, and the final dataset was systematically analyzed to derive insights into the current state of AI-driven maritime cybersecurity and its future research directions.

3. Results

The systematic search across academic databases identified an initial set of 1069 articles. After applying document-type restrictions and subject-area filters, the dataset was refined to 695 articles, and further filtering by cybersecurity- and AI-related keywords, followed by title/abstract screening and full-text assessment, led to the final selection of highly relevant studies on AI-driven cybersecurity applications in the maritime sector. Citation analysis revealed a growing research impact with 7006 total citations, and publication volume peaked in 2023 with 167 articles. China and the United States lead the geographical distribution with 157 and 107 publications respectively, followed by the UK, India, Italy, Norway, and Germany, while a substantial portion of publications (401 documents) consists of conference papers versus 261 peer-reviewed journal articles, indicating a rapidly evolving field still undergoing experimental validation.

The final dataset comprises research on a wide range of AI techniques for cybersecurity in maritime environments: machine learning, deep learning, reinforcement learning, blockchain security, and zero-trust architectures, with applications in autonomous ships, smart ports, maritime logistics, and ship-to-shore communications. The literature is dominated by anomaly detection in maritime networks, where AI models have been trained to identify cyber threats in AIS systems, vessel communication channels, and satellite-based maritime navigation systems. Deep learning techniques — particularly CNNs and RNNs — frequently appear in maritime threat prediction and attack detection studies, and several works introduce hybrid models combining supervised and unsupervised learning to improve intrusion detection accuracy and efficiency in maritime cybersecurity frameworks.

Cyber risk assessment for autonomous ships has gained increasing attention, with many studies emphasizing the vulnerabilities of unmanned maritime systems and proposing AI-enhanced security models for continuous monitoring, breach prediction, and autonomous mitigation. Blockchain integration for secure maritime transactions and ship authentication is emerging as a key research area, federated learning is emerging as a privacy-preserving solution enabling distributed model training without centralized data storage, and AI-powered zero-trust architectures continuously verify access credentials in maritime cloud systems. Another major research area is AI applied to maritime threat intelligence and cyberattack prediction, using NLP models to analyze incident reports and graph-based techniques to model threat propagation.

A comprehensive bias assessment of the selected studies revealed several critical limitations from multiple sources: selection bias from reliance on small-scale or synthetic non-representative datasets (about 30% of studies) and training on generic IT datasets differing radically from maritime environments; validation bias from evaluating models only in simulation environments (about 25%); algorithmic bias from black-box deep models without explainability mechanisms (about 15%); deployment bias from models remaining at proof-of-concept stage without operational testing (about 12%); adversarial vulnerabilities from ignoring input-manipulation attacks (about 10%); and regulatory blind spots from ignoring legal and ethical constraints (about 8%). To address these, the review recommends developing realistic maritime datasets, operational pilot deployments, explainable AI, adversarially robust training, and alignment with international compliance requirements.

4. Discussion

This systematic review underscores the growing importance of AI in enhancing maritime cybersecurity, with the analysis of 278 studies revealing AI integration across multiple layers: intrusion detection systems, anomaly detection frameworks, cyber risk assessment models, AI-driven encryption methods, and blockchain-supported authentication protocols, with considerable precision in identifying threats, recognizing malicious patterns, predicting vulnerabilities, and automating threat responses. Among the most frequent applications is machine-learning-based anomaly detection in ship trajectory monitoring, vessel communication networks, and AIS security — a system vital for navigational safety yet vulnerable to spoofing and manipulation — where deep-learning models have shown promise in detecting navigation anomalies and unauthorized access. AI models have also been applied to securing satellite communications, shipboard networks, and software-defined communication systems; blockchain integration supports identity management and data integrity, while federated learning preserves data privacy across jurisdictional maritime networks.

Despite advancements, fundamental limitations persist: scarcity of high-quality labeled maritime datasets, with most models trained on generic data not reflecting maritime network conditions (limited bandwidth, high latency, isolated environments) and real maritime incidents rarely reported publicly; vulnerability to adversarial attacks where small crafted perturbations in sensor readings or network traffic can cause critical misclassifications; lack of explainability, with deep neural networks and reinforcement learning operating as black boxes without transparency, undermining trust and complicating auditing and regulatory approval; and regulatory and legal constraints, as organizations such as the IMO and EMSA impose strict requirements while AI systems lack compliance mechanisms and clear accountability structures — particularly around liability for failures — with cross-border data governance further complicating global adoption.

To fully realize AI's potential in maritime cybersecurity, future research must explore innovative pathways: quantum-resilient AI security by integrating post-quantum cryptography and quantum key distribution to protect autonomous-ship and smart-port communications; federated learning for privacy-preserving collaboration across fleets and port systems without transferring sensitive data, optimized for low-bandwidth, high-latency environments; enhancing explainable AI with techniques such as SHAP, LIME, and graph-based interpretability to build trust and support security teams; and developing AI-specific maritime cybersecurity standards covering accountability for decisions, standardized performance metrics, cross-border risk governance frameworks, and ethical safeguards against surveillance misuse.

Integrating AI into maritime cybersecurity systems raises substantial regulatory, legal, and ethical challenges requiring governance evolution: liability ambiguity when models fail or issue disruptive false alerts demands clear accountability structures, audit mechanisms, and human–AI collaboration guidelines treating AI as a decision-support system rather than a fully autonomous actor; maritime cybersecurity is inherently global while current regulations are fragmented and rarely AI-specific, demanding internationally recognized compliance frameworks, shared threat-intelligence platforms, and professional certification programs; and AI use may extend into surveillance and behavioral profiling, requiring boundaries between cybersecurity and surveillance, privacy-by-design principles, and transparency disclosures. The review answers its four research questions: the AI techniques in use (machine learning, deep learning, reinforcement learning, federated learning, enhanced blockchain); their effectiveness (improved accuracy, faster response, automated mitigation, but limited by simulation testing and data scarcity); adoption challenges (bias and scarcity, adversarial attacks, missing explainability, regulatory ambiguity, ethical concerns); and future directions (large-scale maritime datasets, adversarial robustness, explanatory frameworks, standardized governance, quantum technology integration).

5. Conclusions

This systematic review highlights the transformative role of AI in maritime cybersecurity, particularly in intrusion detection, anomaly detection, AI-enhanced blockchain security, and cyber risk assessment for autonomous vessels and port infrastructures. AI-driven cybersecurity solutions offer unprecedented capabilities in threat prediction, attack mitigation, and automated security monitoring, providing a proactive defense mechanism against increasingly sophisticated cyber threats targeting the maritime sector. However, critical challenges persist: the lack of high-quality maritime cybersecurity datasets limits model accuracy and generalizability, vulnerability to adversarial attacks raises reliability concerns, the black-box nature of deep learning hinders explainability and creates trust issues among professionals, operators, and regulators, and the absence of standardized AI policies and international regulatory alignment complicates large-scale deployment.

Future research must focus on enhancing the resilience, interpretability, and adaptability of AI-driven cybersecurity frameworks, integrating quantum-resistant AI security models to future-proof systems, exploring federated learning architectures for collaborative training with privacy preservation, and developing explainable AI models to increase trust and regulatory acceptance. From a policy perspective, urgent steps must establish globally standardized AI cybersecurity regulations aligned with international legal, ethical, and operational frameworks, with governments, maritime cybersecurity agencies, and AI researchers collaborating to define liability structures, ethical principles, and governance policies for safe and responsible deployment. By addressing these technological, regulatory, and operational challenges, AI solutions can be fully optimized, standardized, and deployed at scale, securing the future of global shipping, naval defense operations, and smart port infrastructures.

References

  1. [1] Liu, W. et al. Intrusion Detection for Maritime Transportation Systems with Batch Federated Aggregation. IEEE Trans. Intell. Transp. Syst., 24, pp. 2503–2514, 2023.
  2. [2] Singh, S. K. & Heymann, F. Machine Learning-Assisted Anomaly Detection in Maritime Navigation Using AIS Data. Proc. IEEE/ION PLANS, pp. 832–838, 2020.
  3. [3] Rong, H.; Teixeira, A. P.; Guedes Soares, C. Data Mining Approach to Shipping Route Characterization and Anomaly Detection Based on AIS Data. Ocean Eng., 198, 106936, 2020.
  4. [4] Drozdenko, B. & Powell, M. Utilizing Deep Learning Techniques to Detect Zero Day Exploits in Network Traffic Flows. Proc. IEEE UEMCON, pp. 163–172, 2022.
  5. [5] Silva, R. et al. AlphaSOC: Reinforcement Learning-Based Cybersecurity Automation for Cyber-Physical Systems. Proc. ACM/IEEE ICCPS, pp. 290–291, 2022.
  6. [6] Hu, Q.; Han, W.; Zhang, H. Ship Identity Authentication Security Model Based on Blockchain. Proc. Int. Conf. Data Science and Information Technology, pp. 135–142, 2021.
  7. [7] Kim, H. et al. Rethinking Blockchain Technologies for the Maritime Industry. Future Internet, 16, 454, 2024.
  8. [8] Walter, M. J.; Barrett, A.; Tam, K. A Red Teaming Framework for Securing AI in Maritime Autonomous Systems. arXiv:2312.11500, 2023.
  9. [9] Oruc, A. et al. Cyber Risk Assessment for SHips (CRASH). TransNav, 18, pp. 115–124, 2024.
  10. [10] Rogers, M. et al. Detecting CAN Attacks on J1939 and NMEA 2000 Networks. IEEE Trans. Dependable Secur. Comput., 20, pp. 1–15, 2022.
  11. [11] Orye, M. E. et al. Enhancing the Cyber Resilience of Sea Drones. Proc. CyCon, pp. 83–102, 2024.
  12. [12] Thulasiraman, P. Cyber Analytics for Intrusion Detection on the Navy Smart Grid Using Supervised Learning. Proc. IEEE SysCon, pp. 1–7, 2022.
  13. [13] Lei, P.-R. A Framework for Anomaly Detection in Maritime Trajectory Behavior. Knowl. Inf. Syst., 47, pp. 189–214, 2016.
  14. [14] Silverajan, B.; Ocak, M.; Nagel, B. Cybersecurity Attacks and Defences for Unmanned Smart Ships. Proc. IEEE iThings/GreenCom/CPSCom/SmartData, pp. 15–20, 2018.
  15. [15] Weng, L. et al. Deep Learning-Empowered Unsupervised Maritime Anomaly Detection. Neural Information Processing (CCIS 1967), pp. 189–202, 2024.
  16. [16] Vanem, E. & Brandsæter, A. Unsupervised Anomaly Detection Based on Clustering Methods and Sensor Data on a Marine Diesel Engine. J. Mar. Eng. Technol., 20, pp. 217–234, 2021.
  17. [17] Fernandez Arguedas, V.; Pallotta, G.; Vespe, M. Maritime Traffic Networks: From Historical Positioning Data to Unsupervised Maritime Traffic Monitoring. IEEE Trans. Intell. Transp. Syst., 19, pp. 722–732, 2018.
  18. [18] Chen, J. et al. Industrial Blockchain Threshold Signatures in Federated Learning for Unified Space-Air-Ground-Sea Model Training. J. Ind. Inf. Integr., 39, 100593, 2024.
  19. [19] Xing, B. et al. Risk Data Analysis Based Anomaly Detection of Ship Information System. Energies, 11, 3403, 2018.
  20. [20] Mehri, S.; Alesheikh, A. A.; Basiri, A. A Contextual Hybrid Model for Vessel Movement Prediction. IEEE Access, 9, pp. 45600–45613, 2021.
  21. [21] Agnew, D. et al. Detection of Zero-Day Attacks in a Software-Defined LEO Constellation Network. IEEE Open J. Commun. Soc., 5, pp. 6611–6634, 2024.
  22. [22] Dogancay, K. et al. Research into Vessel Behaviour Pattern Recognition in the Maritime Domain. Digit. Signal Process., 119, 103191, 2021.
  23. [23] Clavijo Mesa, M. V. et al. Cybersecurity at Sea: A Literature Review of Cyber-Attack Impacts and Defences in Maritime Supply Chains. Information, 15, 710, 2024.
  24. [24] Wamba, S. F. et al. Dynamics between Blockchain Adoption Determinants and Supply Chain Performance. Int. J. Prod. Econ., 229, 107791, 2020.
  25. [25] Bennett, K. W. & Robertson, J. An AI-Based Framework for Remote Sensing Supporting Multi-Domain Operations. Proc. SPIE, 2022.
  26. ... [full reference list of 292 references available in original paper]