مع تطور تقنية المعلومات وانتشار تطبيقها، أصبح الأمن السيبراني محور اهتمام في جميع قطاعات الصناعة، والقطاع البحري ليس استثناءً، بتهديداته المادية والسيبرانية. يسلط هذا المسح أولًا، من منظور هندسة النظم وتقنية المعلومات، الضوء على البنى المحددة للأنظمة على متن السفن وفي الموانئ، ومعدات الاتصال الرابطة بينها. ثم يصف الهجمات السيبرانية في المجالين البحري والمينائي وعواقبها المحتملة من زوايا متعددة، مع أمثلة لحالات هجوم حقيقية. ويعرض نظرة عامة على التقنيات الرئيسية الحالية في تحليل الثغرات وكشف الهجمات والحماية الأمنية، قبل مناقشة قضايا الأمن السيبراني في القطاعين من منظور أنظمة الأحداث المتقطعة تحديدًا. وتُنمذج أنظمة مختلفة في المجالين البحري والمينائي كأوتوماتا أو شبكات بتري، ثم تُقترح مناهج للتحليل والكشف والحماية لتوضيح إمكانات أنظمة الأحداث المتقطعة في هذا المجال.
وفقًا لتقرير الأونكتاد لاستعراض النقل البحري 2024، يتعامل النقل البحري مع أكثر من 80% من حجم التجارة العالمية، مما يجعل الصناعة البحرية عاملًا حاسمًا في الاقتصاد العالمي. وتعتمد على شبكة عالمية واسعة من الموانئ وخطوط الشحن. ومع التحول الرقمي، تتيح ابتكارات مثل الشحن الذكي والموانئ المؤتمتة وسلاسل الكتل فرصًا للكفاءة وخفض التكاليف: فالأنظمة المتصلة للملاحة والاتصالات وإدارة البضائع والتموضع الديناميكي وإدارة المحطات والتتبع واللوجستيات تجعل العمليات أكفأ — لكن هذه الرقمنة والاتصالية المتنامية تُدخل تحديات كبيرة في الأمن السيبراني. ولمواجهتها، يجب أن يركز القطاع على تحليل الثغرات وتحسين كشف الهجمات واستراتيجيات دفاع مرنة.
يعطي أمن النظم أولوية لثالوث السرية والسلامة والتوافر (CIA): فالسرية تقصر المعلومات على المخولين؛ والسلامة تحمي البيانات من التغيير غير المصرح به مع الحفاظ على دقتها وموثوقيتها؛ والتوافر يضمن وصول المخولين عند الحاجة. وتهدد هذا الثالوث ثغرات النظم — نقاط الضعف في التصميم أو التنفيذ أو الإعداد القابلة للاستغلال للوصول غير المصرح أو التعطيل أو الضرر. ويعني تحليل الثغرات في القطاعين البحري والمينائي التحديد والتقييم والمعالجة المنهجية لنقاط الضعف عبر الأجهزة المتصلة وشبكات الاتصال ونظم المعلومات والتقنيات التشغيلية، عبر: تحديد الثغرات، وتقييم أثر المخاطر على CIA، وترتيب الأولويات بالخطورة واحتمال الاستغلال، والتخفيف والحماية (إدارة الترقيعات وكشف التسلل وتجزئة الشبكات)، والرصد المستمر لمواجهة التهديدات المتطورة. وحُددت أدبيات المسح ببحوث مستهدفة في Scopus وWeb of Science وIEEE Xplore وSpringerLink (2005–2025) تجمع «نظام الأحداث المتقطعة» و«الأمن السيبراني» و«الهجوم السيبراني» و«البحري» و«الميناء»، مُنقحة إلى الأعمال ذات الإسهامات المفاهيمية أو المنهجية أو التطبيقية التمثيلية.
يتميز هذا المسح عن المراجعات السابقة بتركيزه على القطاعين البحري والمينائي تحديدًا من منظور هندسة النظم وتقنية المعلومات، مستخدمًا نماذج أنظمة الأحداث المتقطعة (DES) — موجهًا إلى المهنيين والباحثين وصناع القرار في العمليات البحرية وإدارة الموانئ ومنهجيات DES. ويصف القسم 2 معدات ومواقع القطاعين البحري والمينائي المرجح تعرضها للهجمات، من حيث نقل المعلومات وتبادلها. ويغطي القسم 3 الهجمات السيبرانية والأمن السيبراني: تصنيف الهجمات مع أمثلة، والثغرات الشائعة والعواقب وأدوات التحليل. ويدرس القسم 4 الأمن السيبراني البحري والمينائي من منظور DES، منمذجًا إدارة حركة السفن والرادار ونظم المركبات الموجهة آليًا في الموانئ بالأوتوماتا وشبكات بتري. ويستكشف القسم 5 التحليل والكشف والحماية القائمة على DES. ويحدد القسم 6 تحديات البحث الرئيسية والاتجاهات المستقبلية؛ ويختم القسم 7 الورقة.
يتطلب بحث الأمن السيبراني البحري فهمًا وافيًا لبنى الاتصال بين السفن والموانئ — سفينة-لسفينة وسفينة-لميناء وميناء-لميناء — إذ تخلق ترابطيتها مخاطر سيبرانية. وتتكون البنية البحرية من منصتين: على السفن وفي الموانئ. وتشمل الأنظمة على السفن: أنظمة الملاحة الحرجة للملاحة الآمنة (الرادار وGPS وAIS وECDIS ومسبار الأعماق)؛ وأنظمة الاتصال مع الموانئ والسفن والسلطات (راديو VHF والاتصالات الفضائية وراديو MF/HF)؛ وأنظمة التحكم للمناورة الدقيقة والاستقرار عند دخول الموانئ أو مغادرتها (الطيار الآلي والتحكم في الدفع وأنظمة مياه الصابورة)؛ وأنظمة التعريف (AIS وأضواء السفن وأبواقها) للتعريف البصري والإلكتروني بالسفينة.
تشمل أنظمة الموانئ: مركز ضبط الميناء المشرف على حركة السفن وتخصيص الأرصفة؛ وخدمة الحركة البحرية التي تراقب الحركات وتوجهها مع المساعدة الملاحية ومنع التصادم؛ ومرافق الرسو (عوامات الربط والأوتاد) للرسو الآمن؛ وأنظمة اتصالات الميناء (راديو VHF والهاتف والبريد الإلكتروني) للتنسيق مع السفن وأصحاب المصلحة؛ وأنظمة أمن الميناء (مراقبة الدوائر التلفزيونية وضبط الوصول). وتشمل اتصالات السفن بالموانئ: إشعار الرسو والمغادرة (مواعيد الوصول التقديرية وطلبات تخصيص الأرصفة وتأكيداتها)؛ وعمليات الرسو (اتصال مستمر مع خدمة الحركة أثناء الاقتراب والمغادرة — تعليمات الرسو ومساعدة القاطرات والتفاصيل التشغيلية)؛ والاتصالات الطارئة (VHF والنظام العالمي للاستغاثة والسلامة) لطلب المساعدة أو الإبلاغ عن الحوادث. وتعمل هذه البنى معًا لضمان عمليات سلسة وآمنة من الملاحة إلى الرسو والاتصال والأمن.
نظام AIS إلزامي منذ 2002 لسفن الركاب والسفن البحرية من 300 طن إجمالي فأكثر، ويخدم سلامة السفن وتجنب التصادم ومراقبة السفن ببيانات المسار والسرعة والموضع. لكنه يفتقر لتدابير أمنية مدمجة: فالانكشاف عبر الاتصالية ومقدمي المعلومات يخلق مخاطر تشغيلية عالية، ويمكن تعطيل AIS أو التلاعب به لاختلاق تنبيهات تصادم أو بحث وإنقاذ كاذبة. ومن الحالات الموثقة التلاعب الجماعي بـ GPS في البحر الأسود 2017 (سفن تظهر على اليابسة أو في مواضع خاطئة، ومنها المدمرة HMS Defender قرب القرم)، و«الأساطيل الشبحية» 2019–2020 في بحر الصين الجنوبي وقبالة أمريكا الجنوبية لإخفاء صيد غير مشروع أو نفط خاضع للعقوبات. وتواجه أنظمة الملاحة هجمات إشارات كاذبة تطغى على المواضع الحقيقية أو طوارئ مزيفة — يفاقمها الاعتماد على التموضع الديناميكي وواجهات السفينة-بالشاطئ وضوابط الدفع ومشغلات صمامات البضائع وأنظمة صعود الركاب. ومن الحالات: استيلاء جامعة تكساس 2013 على يخت بانتحال GPS، وانتحال 2014/2017 المنسوب لروسيا، وعودة النقاش 2016 حول الملاحة بالراديو، والاستيلاء في فبراير 2017 لساعات على ملاحة سفينة حاويات ألمانية (8,250 حاوية) من قبرص إلى جيبوتي. وتُستهدف أيضًا أنظمة اتصالات السفن وشركات الشحن وأنظمة شحن البضائع وتفريغها بالتلاعب والتخريب والتزوير والقرصنة والسرقة والتدمير والتحريف والحياد.
يفهرس الجدول 1 ثمانية أنواع هجوم مع حالات حقيقية. البرمجيات الخبيثة (الفدية والفيروسات والديدان) تعطل العمليات أو تسرق البيانات أو تسبب الضرر — مثل هجوم الفدية NotPetya على ميرسك 2017 الذي شل أنظمة تقنية المعلومات وعطّل 76 ميناءً عالميًا. والتصيد يخدع الموظفين لكشف الاعتمادات أو تنزيل برمجيات خبيثة — مثل هجوم 2020 على MSC عبر رابط خبيث في بريد يبدو مشروعًا. وهجمات حجب الخدمة الموزعة (DDoS) تُغرق خوادم الموانئ أو الشركات — مثل هجوم 2024 على ميناء أنتويرب البلجيكي الذي عطّل أنظمة المشغلين واتصالاتهم. وهجمات الرجل في المنتصف (MITM) تعترض اتصالات السفن بالموانئ أو داخل الميناء وتعدّلها — مثل هجوم 2019 على ميناء إيراني الذي أنتج تعليمات رسو خاطئة وتأخيرات وسوء مناولة للبضائع. وسرقة الاعتماد عبر التصيد أو التخمين أو الهندسة الاجتماعية تمكّن من التلاعب بالأنظمة — مثل اختراق شركة شحن دنماركية 2020 الذي غيّر الجداول. وهجمات سلسلة التوريد تخترق موردي الطرف الثالث — مثل اختراق 2020 لمورد برمجيات ملاحية لعدة شركات شحن أمريكية، بزرع شيفرة خبيثة في تحديث عطّل ملاحة سفن متعددة.
يرسل انتحال GPS/GNSS وAIS إشارات كاذبة تضلل السفن عن موقعها الحقيقي، مسببًا أخطاء ملاحية أو تصادمًا أو جنوحًا — مثل شذوذ GPS في البحر الأسود 2017 الذي يُعتقد أنه انتحال مستهدف عطّل حركة المنطقة. أما التهديدات المتقدمة المستمرة (APT) فعمليات خفية طويلة الأمد برعاية دول تجمع الاستخبارات أو تسبب التعطيل بعواقب وخيمة على الأمن القومي والبنية التحتية والمالية — مثل هجوم 2020 المدعوم من دولة الذي شل موانئ إيرانية عدة بتكدس ضخم للبضائع. وهذه الأحداث ليست سوى رأس جبل الجليد، مع حوادث مماثلة كثيرة غير مُبلغ عنها. وإضافة إلى ذلك، تستذكر الورقة مفاهيم تأسيسية: الحادث السيبراني كواقعة ذات عواقب سلبية فعلية أو محتملة على أنظمة السفن وشبكاتها وحواسيبها أو بياناتها (وفق إرشادات BIMCO)؛ والهجوم السيبراني كأي مناورة هجومية ضد أنظمة تقنية المعلومات والتشغيل والشبكات أو الأجهزة الشخصية للمساس بأنظمة الشركة والسفينة وبياناتها أو تدميرها أو الوصول إليها؛ مع تعريفات CIA المؤطرة للتحليل.
مع ثلاثة عقود من التقدم في الاتصالات والأنظمة الشبكية والأجهزة السيبرانية-الفيزيائية، أصبح الأمن السيبراني حرجًا عبر المجالات، ونمت منشورات المسح حول الأمن السيبراني البحري والمينائي أُسّيًا (مع إحصاءات من ResearchGate وMDPI وElsevier وCambridge). ويلخص الجدولان 2 و3 أوراق المسح المدروسة. وتغطي المسوح الحديثة (2024–2025): مرونة الموانئ كبحث مجزأ يحتاج دراسات تجريبية؛ وتهديدات ودفاعات السفن السطحية ذاتية القيادة مع ثغرات AIS/GPS وحمايات متعددة الطبقات مدمجة مع IMO والذكاء الاصطناعي وسلاسل الكتل وتحليلات السلوك؛ وسلاسل الكتل في اللوجستيات البحرية (الشفافية والتتبع مقابل تحديات التوحيد والقابلية للتوسع والتنظيم والتكامل مع إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي)؛ والأمن السيبراني البحري الشامل عبر السفن والموانئ وسلاسل التوريد؛ وهجمات الموانئ السيبرانية 2011–2023 (15 حالة: الفدية والتعطيل مهيمنان، وضعف الإجراءات وتدني الوعي مضخمات للمخاطر، والكشف المبكر والتعاون وخطط الكوارث مفاتيح المرونة).
وتغطي المسوح الأقدم (2008–2023): الصلاحية السيبرانية للإبحار كمفهوم سياساتي للرقمنة والسفن الذاتية؛ وفجوات التهديدات البحرية (غياب بيانات هجوم آنية ودراسات اقتصادية محدودة وتدريب غير كاف وأطر قانونية قاصرة)؛ وأدبيات غالبًا مفاهيمية ونوعية تدعو لمناهج كمية ومتعددة التخصصات؛ وتهديدات البحرية الممكنة بإنترنت الأشياء وحدود الحماية؛ ورسمًا وصفيًا للتحديات يحتاج عملًا تجريبيًا؛ وتحليلات ببليومترية لمخاطر التحول الرقمي تحث على دفاعات السياسات والتقنية والتدريب؛ ومناهج حوكمة نسقية؛ ومراجعات مخاطر أمن معلومات السفن مع مرونة متعددة الطبقات؛ وتحليلات التعاون الإقليمي (IMO وأوروبا وآسيا)؛ وبنى إنترنت السفن؛ ومراجعات الابتكار البحري؛ ومراجعات 2019 للحوادث والتهديدات (ضعف التدريب وتقادم التقنية واستهداف المخترقين) مع تدابير مضادة في العمليات والترقية والثقافة؛ وتقييمات المخاطر البحرية؛ وتأطير هجمات السفن كـ«مشكلة شريرة» تتطلب مناهج شمولية تكيفية؛ ونماذج وخوارزميات تحليل المخاطر؛ وتحذيرات عدم استعداد القطاع خاصة للسفن الذاتية؛ ومناهج تقييم المخاطر؛ ومرونة البنى التحتية الحرجة للسلامة؛ والدراسة التأسيسية «التهديدات والآثار في الأمن السيبراني البحري»؛ وكتاب ماكنيكولاس للدراسات التأسيسية؛ وتحديات المرونة السيبرانية (الوعي والتنظيم والاستعداد والتعاون والدفاع التكيفي)؛ ومنظورات بحوث أمن الموانئ والبحرية مع نماذج الشحن القائمة على المخاطر.
للهجمات السيبرانية في القطاعين البحري والمينائي آثار واسعة وشديدة على السلامة والبيئة والاقتصاد. ففي السلامة: يمكن لأنظمة الملاحة والاتصالات والبضائع المخترقة أن تترك السفن خارج السيطرة أو مضللة الملاحة أو متصادمة، مهددة الأطقم والركاب — فهجوم NotPetya على ميرسك 2017 شل تقنية المعلومات والجدولة عبر شبكة الشحن العالمية، كاشفًا مخاطر سلامة جسيمة حتى دون تصادم مباشر. وفي البيئة: يمكن للمهاجمين المسيطرين على أنظمة الملاحة أو التحكم أن يجنّحوا السفن أو يسببوا تصادمات في مناطق حساسة، فيتسرب النفط أو المواد الكيميائية — وقد أظهرت دودة Stuxnet عام 2010، رغم استهدافها منشآت نووية، حجم الضرر الممكن لو وُجهت هجمات مماثلة لسفن تحمل مواد خطرة في نظم بحرية هشة. وفي الاقتصاد: الموانئ وشركات الشحن عقد حرجة في التجارة تسبب فيها الهجمات تأخيرات بضائع واضطرابات سلاسل توريد وخسائر مالية فادحة مع تكاليف الاستعادة — فهجوم الفدية على CMA CGM عام 2020 حجب الحجز الإلكتروني وعطّل اللوجستيات بشدة، مضرًا بالشركة واستقرار سلاسل التوريد العالمية.
وخلاصةً، فإن مخاطر السلامة والمخاطر البيئية والخسائر الاقتصادية هي أبعاد الأثر الرئيسية. ويتطلب التخفيف دفاعات أقوى وخطط استجابة متينة للحوادث ورصدًا وتحديثًا مستمرين. ومن الإرشادات المرجعية الرئيسية (قليلة التفاصيل التقنية، دافعة للعمل): إرشادات المنظمة البحرية الدولية لإدارة المخاطر السيبرانية البحرية، المدمجة في مدونة ISM التي تلزم بإدارة المخاطر السيبرانية ضمن أنظمة إدارة السلامة؛ وأفضل ممارسات الإدارة للمكتب البحري الدولي ضد القرصنة والمخاطر السيبرانية البحرية؛ وإرشادات BIMCO للأمن السيبراني على متن السفن بتوصيات تفصيلية للملاك والمشغلين؛ وإرشادات المنظمة الدولية للاتصالات البحرية الفضائية (IMSO) لتأمين أنظمة وشبكات الاتصالات البحرية العالمية؛ وإرشادات الوكالة الأوروبية للسلامة البحرية (EMSA) لأمن الموانئ السيبراني وحماية المرافق والعمليات؛ وإطار خفر السواحل الأمريكي للأمن السيبراني البحري المبني على إطار NIST.
لمصطلح «الثغرة» في الأمن السيبراني معنيان: ضعف أو عيب في النظام قد يستغله المهاجم (من أخطاء البرمجيات أو البرمجيات القديمة أو البروتوكولات الضعيفة)، والقابلية أو الهشاشة العامة للنظام أمام الهجمات — أي تقييم الانكشاف للتهديدات القائمة، حيث تُحتسب أي ثغرة يُخترق بها السلامة أو التوافر أو السرية. وتستخدم هذه الورقة أساسًا المعنى الثاني: نقاط ضعف تُستغل لأفعال غير مصرح بها، كالوصول لبيانات دون اعتماد، إذ يستغل المهاجم عادة ثغرة لموطئ قدم ثم يتحرك جانبيًا نحو الهدف. ويعاني القطاع البحري ثغرات مميزة: أنظمة تقنية معلومات وتشغيل قديمة غير مدعومة على منصات عفا عليها الزمن؛ وأنظمة تشغيل لا تُرقَّع أو تتعارض مع مكافحات الفيروسات لقيود اعتماد النوع؛ ومسؤولية مشتتة عبر أصحاب المصلحة في التشغيل والاستئجار؛ وواجهات إلكترونية مع جهات برية ومكونات سلسلة التوريد؛ ومعدات مراقبة ومُدارة عن بُعد (المصنعون ومقدمو الخدمات)؛ وبيانات حرجة تجاريًا تُشارك مع جهات برية (المحطات وعمال الشحن والسلطات)؛ وأنظمة حرجة محكومة حاسوبيًا غير مرقعة أو مؤمنة بما يكفي تمس السلامة والبيئة؛ وثقافة مخاطر سيبرانية قابلة للتحسين (التدريب والأدوار)؛ وأحواض بناء تجمّع أنظمة فرعية باهتمام ضئيل بالمخاطر السيبرانية.
يُحلل ضعف النظام عبر ثلاثة أبعاد: احتمال/سهولة الاختراق (بما فيه القابلية لأنواع هجوم محددة واحتمال نجاح الاستهداف أو زمن الاختراق)؛ وأداء استراتيجية الكشف (فعالية وسرعة تحديد التسللات — فالكشف الفعال يقلل الأثر كثيرًا)؛ وأثر الهجوم الناجح (المرونة وعواقب كل نوع). وتُنمذج تسلسلات الثغرات كتغيرات حالة تنقل النظام من آمن إلى مُهاجَم؛ وطوبولوجيا الشبكة بيانية البنية، فالأدوات البيانية أفضل للنمذجة — مخططات الهجوم وأشجاره وسلاسل القتل السيبرانية. تصف سلاسل القتل السيبرانية الهجوم كخطوات مرتبة ذات مدد (استطلاع وتسليح وتسليم واستغلال وتثبيت وقيادة وتحكم وأفعال على الأهداف). وتعرض مخططات/مسارات الهجوم (Swiler وآخرون 1998) تسلسلات الهجوم الممكنة من تحليل تدفق المعلومات والطوبولوجيا والثغرات: العقد مضيفون أو ثغرات أو أجهزة؛ والحواف تطورات كسب الامتيازات — وهي قيمة للأنظمة البحرية/المينائية المعقدة المترابطة. وتعرض أشجار الهجوم (Schneier) خطوات المقتحم المتعاقبة نحو هدف: الجذر هو الهدف، والعقد الوسيطة أهداف فرعية، والأوراق أفعال ذرية، تُجمع اقترانيًا أو انفصاليًا أو اقترانيًا-تسلسليًا.
خدمة الحركة البحرية (VTS) هي السلطة الضابطة لحركة السفن، ويدعمها نظام إدارة حركة السفن المحوسب (VTMS) الذي يساعد سلطات الموانئ في الرسو والمغادرة وتشغيل السفن. ويساعد النظام في إدارة حركات السفن لتدفق آمن وفعال ومنظم: مراقبة المواضع وتنسيق الوصول والمغادرة. وللتبسيط تُنمذج حالة سفينة واحدة: تبدأ العملية خاملة بانتظار سفينة؛ وعند الوصول إلى الجوار، يراقب الاتصال الموقع ويؤكد الهوية للقبول؛ وبعد التحقق يُخصص رصيف؛ وقد تنتظر السفينة إذا كان الرصيف مشغولًا؛ وعند فراغه تتحرك بتوجيه النظام؛ وبعد الرسو تبدأ عمليات الشحن/التفريغ؛ وعند إتمامها يحدد النظام موعد المغادرة مع تعليمات ملاحة الخروج؛ وتغادر السفينة الرصيف على طريقها حتى خروج الجوار، ويعود النظام خاملًا. ويواجه هذا النظام هجمات كحقن سفينة مزيفة، حيث يُدخل المهاجم سفينة وهمية تبدو داخلة الجوار بصورة مشروعة.
تُنمذج عملية VTMS الطبيعية وسيناريو الهجوم باستخدام الأوتوماتا الاحتمالية الموقوتة الموسومة (LTPA): سداسي G = (S, E, Q, Obs, delta, Pi(0)) من حالات منتهية وأحداث قابلة وغير قابلة للرصد ووسوم قابلة للرصد ودالة وسم وانتقالات موقوتة بمعدلات واحتمالات الحالة الأولية. وتُجسّد الورقة VTMS بـ 13 حالة (s0 الخمول حتى s8 مغادرة السفينة، مع حالات الهجوم s0' خمول-هجوم وs1' سفينة مزيفة مقتربة وs2' توثيق مزيف وs8' مغادرة مزيفة)، وأحداث قابلة وغير قابلة للرصد، وأبجدية من 11 وسمًا، ودالة الوسم Obs، وعلاقة الانتقال الكاملة، وتوزيع أولي متركز على s0. ونمط هجوم حقن السفينة المزيفة أوتومات من حالتين (طبيعي، هجوم) ينتقل إلى الهجوم تحديدًا على حدث الهجوم الصامت es0,s0'. وتُذكر شبكات بتري العشوائية كبديل لنمذجة وتحليل الأنظمة المعرضة للهجمات والأعطال والأحداث غير المتوقعة.
تعتمد السفن التجارية — الحاويات والبضائع السائبة والناقلات — على الرادار لكشف الأهداف المحيطة وتجنب التصادم وتحسين المسارات، متطلبة وعيًا آنيًا بالظروف البيئية القريبة ومواضع السفن الأخرى واتجاهاتها، وتعاونًا وثيقًا بين السفن. فالرادار إذن تقنية الاستشعار الأساسية: تبث السفن إشارات ترتد عن السفن أو السواحل أو الصخور، مقدِّرة المسافة من زمن الذهاب والإياب والسرعة النسبية بتأثير دوبلر. ونظرًا لبساطة الأوتوماتا في وصف السلوك، تنمذج الورقة تبادل معلومات الرادار بسرب من أربع سفن: السفينة A (شمالًا) تكشف وتجمع المعلومات مبادرة بالاتصال؛ وB (شرقًا) تراقب الطرق وترصد العوائق؛ وC (جنوبًا) تدعم وتنسق الاتصالات واللوجستيات؛ وD (غربًا) تكشف المخاطر وتستجيب للطوارئ. تبث VA الإشارات؛ وتستقبلها VB وVC وVD وتعيد مواضعها واتجاهاتها؛ ثم تعدّل VA مسارها وتمرر رمز الأولوية تسلسليًا (VA→VB→VC→VD→VA)؛ وتعدّل كل سفينة وتبث إشارات محدثة، فتتجنب جميعًا التصادم في النهاية. والأوتومات G = {Q, E, delta, q0} له 8 حالات (من استعداد الجميع حتى تصحيح مسار كل سفينة) و8 أحداث وحالة أولية 0، مع انتقالات مثل delta(1, e1) = 2.
يمكن للمهاجمين اختراق النظام بالتلاعب بالإشارات أو حذفها أو استبدالها — أي أحداث النظام. ويوضح مثال لخطة هجوم، لكل حدث مولَّد (بما فيه الحدث الفارغ epsilon)، الفساد: «(e2, e3)» تعني إمكانية استبدال e2 المولد بـ e3؛ و«delete e5» تعني استبدال e5 بـ epsilon؛ و«insert e7» تعني إدخال e7. وفي صياغة الهجوم بنظام DES هذه، يحدد أوتومات معدَّل مبني على أحداث الهجوم ما إذا كان النظام تحت الهجوم. وتوضح أمثلة VTMS والرادار والمركبات الموجهة معًا كيف تنمذج الأوتوماتا وشبكات بتري أنظمة الاتصالات البحرية وشبكات الاستشعار.
تأمل نظام ميناء بخمس مناطق تحميل Z1–Z5 (مستودعات وساحات تخزين وأرصفة) كمحور لشحن البضائع وتفريغها ومناولتها وتخزينها عبر وسائط النقل. تنتظر عدة مركبات موجهة آليًا (AGV) الدخول والتنقل بين المناطق لنقل البضائع أو تسليمها لشاحنات أو سفن، داخلة كل منطقة وملتقطة البضائع ومفرغة ومغادرة عبر واجهات أرصفة مخصصة من نقاط الدخول. وتنمذج شبكة بتري موسومة حركات المركبات: الأماكن p1–p5 تقابل المناطق Z1–Z5، ويمثل إطلاق كل انتقال عبور مركبة عبر واجهة الرصيف المعنية، تكتشفه أجهزة استشعار الواجهات، مع الأحرف q1–q8 كوسوم للاستشعار.
تقيس المقاييس فعالية سياسات الأمن وآلياته وتطبيقاته، وتحدد الثغرات وترتب أولويات التصحيح وترفع الوعي. ومن المقاييس البيانية واسعة الاستخدام: أقصر مسار (أقل جهد مهاجم من الحالة الأولية إلى الهدف)؛ وعدد المسارات (تعدد الطرق = أمن أدنى وفرص أكثر للمهاجم)؛ ومتوسط طول المسار (متوسط الثغرات اللازمة للوصول للهدف)؛ ومتوسط زمن الفشل الأمني (الزمن المتوقع لأول اختراق ناجح)؛ والأمن في الحالة المستقرة (مستوى الأمن طويل الأمد مع اقتراب الزمن من اللانهاية)؛ ونوع الفشل الأمني (احتمال اختيار كل مسار هجوم عبر مستويات الامتياز). وفي تحليل الثغرات لأنظمة DES، تنمذج ثلاث عائلات أدوات التفاعل بين النظام والهجوم: مخططات الهجوم والدفاع وأشجارهما وسلاسل القتل السيبرانية، مع نماذج تجمع السلوك الأساسي وسيناريوهات الهجوم. وتشمل طرق التحليل المناهج المنطقية (خوارزميات المخططات وسلسلة القتل وخوارزميات التكلفة) والامتدادات الاحتمالية — الشبكات البايزية ونماذج ماركوف — مقدمة تقييمًا كميًا بإمكانات بحرية قوية لتحديد نقاط ضعف السفن/الموانئ نحو أنظمة أمرن وأأمن. (يعتمد تقييم هذه المقاييس على المنهج والنموذج المقترحين؛ والمناهج والأمثلة المفصلة مُحال إليها.)
تعالج بحوث الهجمات السيبرانية الحديثة على DES الشبكية كيفية استغلال الثغرات في أطر التحكم الشبكية وحمايتها، حول تحليل الثغرات وكشف الهجمات والتخفيف/الدفاع (مجدولة عبر الأدبيات). وتُصنف الإسهامات بالهدف الرئيسي (تحليل أو كشف أو تخفيف)؛ وأقل من 25% يخص المجالين البحري/المينائي مباشرة، لكن معظمها قابل للامتداد إليهما. ويستخدم معظمها أدوات الأوتوماتا أو شبكات بتري؛ ويضيف بعضها نماذج بايزية أو ماركوف أو احتمالية أخرى للثغرات. والجهود الرئيسية: نمذجة الثغرات وتحليلها (نقاط الضعف في شبكات اتصالات DES ومنطق التحكم القابلة للاستغلال في التلاعب بالبيانات وحجب الخدمة وحقن البيانات الكاذبة)؛ وكشف الهجمات (تعلم الآلة وخوارزميات كشف الشذوذ والرصد الآني المستجيب بسرعة للأنماط الشاذة الموجهة بالأحداث)؛ والتخفيف والدفاع (بنى DES شبكية مرنة بتحكم متسامح مع الأعطال وتشفير وبروتوكولات اتصال آمنة تصمد أمام الهجمات وتقلل الأثر) — وهي أساسية للوجستيات البحرية والشبكات الذكية والنقل الذاتي.
التهديد الأمني عملية عشوائية قابلة للنمذجة كسلسلة ماركوف: تُشتق احتمالات الانتقال بين الحالات من ثغرات الحالة التالية، وكل مسار في السلسلة مسار هجوم نحو الخرق، وكل مسار تسلسل حالات. وتكيّف الورقة تقييم أداء دوال كشف الأعطال (FDD): فالـ FDD أوتومات منتهٍ حتمي كامل FDD = (A, Q, deltaD, A0bar, A) على حالات FDD والوسوم القابلة للرصد والانتقالات، مع حالات لا-إنذار وحالة إنذار مستقرة واحدة، يقرر من الملاحظات ما إذا كان النظام معيبًا. ويغطي الأداء المدروس: عدم الكشف (وضع معيب دون إنذار)، والإنذار الكاذب (إنذار في الوضع الطبيعي)، وتأخر الكشف (الفارق بين انتقال العيب والإنذار) — ثلاثة مقاييس كمية بالتقريب الماركوفي طويل الأمد، طُورت للتشخيص لكنها قابلة للامتداد إلى دوال كشف الهجوم (ADF): أوتومات نمط العيب FP = (N, E, deltap, N0, Att) بحالات طبيعية وحالة وقوع نمط مستقرة واحدة.
ويكشف ADF ملموس حقن السفينة المزيفة لنظام VTMS في الشكل 3 تحت نمط هجوم الشكل 4: الحالات A = {A0bar, A1bar, A2bar, A}، وأحداث وسوم النظام، وانتقالات تدور على الوسوم غير a/b/k وتتقدم (A0bar, a)→A1bar→(b)→A2bar→(k)→A (إنذار)، مُنذِرة على التسلسل المرصود «abk». وبتطبيق المنهج الماركوفي، يُقيَّم كشف هذا ADF لحقن السفينة المزيفة بمعدل إنذار كاذب 99% ومعدل عدم كشف 0% ومتوسط تأخر كشف ثلاث وحدات زمنية — عبر تركيبين متعاقبين: نموذج النظام مع نمط العيب، ثم الناتج مع ADF.
في نظام AGV المينائي، يسبب التركز المفرط للمركبات في منطقة تحميل واحدة ازدحامًا وتأخيرات مناولة واضطراب جدولة وفقد كفاءة وخسائر اقتصادية ومخاطر تصادم. لذا تحتاج كل منطقة سعة تحددها قيود ضبط تعكس جدولة الأرصفة وأزمنة دوران السفن وديناميكيات اللوجستيات — لا المساحة المادية وحدها. ومثال ذلك: منطقة AGV رقم Z4 (رصيف محطة حاويات) بسعة ثلاث مركبات، تُصاغ كقيد استبعاد متبادل معمم (GMEC) بالصيغة J = ([0,0,0,0,1,0,0]^T, 3)، مقيدة عدد الرموز (المركبات) في p5 بثلاث. ولنفترض ثغرة خداع استشعار: يعدّل المهاجم ملاحظات مركبة داخلة إلى Z4 لتظهر داخلة إلى Z2 — أي بعد الوسم q5 (إطلاق الانتقال t7 أو t6) يصبح المرصود q2: R = {(q5, q2)}. ويؤدي إطلاق sigma = t14t22t5t6t32t7 من الوسم الأولي إلى M = 2p3 + 2p4 (مركبتان في كل من Z3 وZ4)؛ وإذا أُطلق t7 عند M (حركة Z3→Z4)، يصل النظام إلى M' = p4 + 3p5 مع وسم الاستشعار q5 — لكن تحت الهجوم (q5→q2) تظن السلطات أن Z4 تحوي مركبتين فقط، فتسمح بدخول AGV أخرى عبر t6/t7 متجاوزة السعة ثلاث.
تقدم نظرية التحكم الإشرافي لأنظمة DES الحل: تصميم مشرف يوجّه تطور النظام أو يقيده بحيث يحقق السلوك الخاضع للإشراف مواصفات الضبط، عادة بتعطيل أحداث بناء على المخرج المرصود — برصد الأحداث من قراءات الاستشعار وإصدار أوامر ضبط للمشغلات. ووفق سياسة التحكم الإشرافي الآنية المُحال إليها، تهيئ الخوارزمية الملاحظة ومجموعات الانتقالات المحظورة، ثم عند كل وسم مرصود q تحدّث الملاحظة وتحسب zeta(omega) = 3 − (pi_omega(q5) + pi_omega(q2)) + pi_omega(q4) + pi_omega(q6) من أعداد وقوع الوسوم، وتعطّل الانتقالات التي تتجاوز أعداد وسومها max{0, zeta(omega)}. ويوجّه المشرف المكتسب سلوك AGV ديناميكيًا وفق قواعد الضبط هذه، مانعًا الاكتظاظ في Z4 رغم الثغرة أمام هجمات خداع الاستشعار R = {(q5, q2)}.
مع تحول القطاعين البحري والمينائي رقميًا، تزداد البنى التحتية السيبرانية-الفيزيائية الداعمة تعقيدًا وترابطًا وقابلية للتهديدات المتطورة. ورغم إمكانات منهجيات DES القوية في النمذجة والكشف والضبط، تبقى تحديات جوهرية. توافر البيانات وتوليد مجموعاتها: من مشكلات بحوث الأمن السيبراني الصناعي المتكررة غياب البيانات — فتعقيد السفن وتغايرها يعيق مجموعات مكيفة، والسرية تحجب المشاركة العامة. وتوجد ثلاثة حلول: مجموعات مفتوحة (قاعدة Admiral التي تسرد هجمات القطاع البحري وإن بلا تفاصيل تقنية غالبًا؛ وبيانات AIS المتاحة عبر AIS-hub وMarineTraffic)؛ ومجموعات مختبرية من منصات تعلم مضبوطة تحاكي الشذوذ والهجمات على أنظمة محددة؛ ومجموعات مولدة بالمحاكاة، إذ تتضمن السفن أنظمة صناعية عامة قابلة للنمذجة بأدوات عامة تحت قيود بحرية (كأنظمة توزيع المياه). ومع ذلك، يعيق غياب مجموعات موحدة عالية الجودة التحقق التجريبي والمقارنة — ويجب أن تطور الأعمال المستقبلية مجموعات واختبارات بحرية سيبرانية مشتركة لتجارب قابلة للتكرار والمقارنة.
النمذجة وتعقيد النظم: يجب أن تعالج البحوث المستقبلية تعقيد عمليات السفن المتزايد والتعاون متعدد الوكلاء وإدارة التهديدات المتقدمة من منظور سيبراني-فيزيائي وشبكي. فالسفن المتطورة المجهزة باستشعار وذكاء اصطناعي تتطلب نماذج صورية وعددية محسنة لاتخاذ قرارات ديناميكية آنية تحت عدم اليقين على نطاق واسع — مثل الأوتوماتا الاحتمالية والموقوتة لالتقاط الشكوك البيئية (الطقس والمخاطر) والجوانب الزمانية للملاحة والاتصالات؛ وأطر هجينة وحدثية-متقطعة قابلة للتوسع لتحسين التعاون بين الأساطيل الأكبر وتنسيقها وتخصيص مواردها؛ ونماذج DES المحاسِبة لاستراتيجيات هجوم منسقة متعددة النواقل وعدائية مدفوعة بالذكاء الاصطناعي. ومناهج النمذجة المقارنة: من الاتجاهات اللازمة مقارنة الطرق الصورية القائمة على DES مع التقنيات التقليدية (الشبكات البايزية ونماذج ماركوف) لمزاياها النسبية في نمذجة الأمن السيبراني-الفيزيائي بحريًا/مينائيًا. وحاليًا لا توجد أدلة تُذكر تطبق الصياغات البايزية أو الماركوفية على الأمن السيبراني البحري/المينائي تحديدًا — فالأعمال القائمة تتناول استدلال مخاطر عالي المستوى (تبعيات عوامل الخطر لمحسندخت وآخرين؛ ومرونة الموانئ لجون وآخرين)، والتنبؤ بمخاطر السفن الذاتية (شبكة Aydin البايزية بالأعداد Z)، والتمييز بين الهجوم والعطل العرضي في بوابات الفيضان، وسلاسل ماركوف التعليمية لأمن السفن السيبراني، وتصنيف النوايا بـ HMM، أو مراجعات شذوذ AIS — باختلاف النطاق عن ديناميكيات الهجوم-الدفاع في تقنية معلومات/تشغيل الموانئ. ويمنع غياب المجموعات المشتركة وبروتوكولات التقييم الموحدة وإعدادات النماذج المتسقة حاليًا أي مقارنة صارمة متماثلة؛ ويُعد إرساء المعايير والمناهج الهجينة بين DES والاحتمالية تحديات مفتوحة.
الضبط الإشرافي التكيفي والموزع: يجب أن تعيد الآليات المستقبلية التكوين ديناميكيًا ضد هجمات العمليات المينائية الرئيسية (أنشطة الأرصفة وإدارة المراسي وأتمتة محطات الحاويات)، ممكنة تعديلات سريعة لجدولة السفن ومناولة البضائع وإدارة AGV لتخصيص فعال للموارد عبر مناطق المراسي وواجهات الأرصفة والتخزين — فالضبط الإشرافي يمنع بكفاءة القرارات الدافعة بالنظام نحو الثغرة، وحدود السعة تبني المرونة؛ وتلزم مخططات متقدمة تدمج القرارات وإنفاذ العمليات لدعم أمني كامل. الأدوات البرمجية: لا توجد أداة عددية/برمجية قائمة على DES وحده لتحليل الثغرات وكشف الهجوم وحماية الأمن في أنظمة وشبكات الحواسيب البحرية/المينائية — وإن كانت أدوات تقنية المعلومات/التشغيل العامة تنطبق (Tenable.ot وNessus وOpenVAS وGreenbone للتقييم؛ وZeek وSuricata وSnort وNozomi Guardian وClaroty وDragos للرصد/كشف التسلل؛ وElastic Security وSplunk وIBM QRadar وWazuh وOSSEC للإدارة الأمنية المتكاملة)، مع إطاري MITRE ATT&CK (تصنيف سلوك الخصم) وMITRE D3FEND (رسم التدابير الدفاعية المضادة، المغطي للطبيعة متعددة الأبعاد للهجمات الحديثة) — للجمع مع نماذج DES في التطبيق والتحقق مستقبلًا. تكامل الذكاء الاصطناعي وسلاسل الكتل: يخلق التوثيق/ضبط الوصول اللامركزي بسلاسل الكتل أنظمة هوية موزعة لمشاركة بيانات الموانئ بأمان (عقود ذكية وتشفير ضد الوصول/التسرب غير المصرح)، وشفافية سلسلة التوريد وتتبعها مانعة التزوير (تتبع لوجستي آمن)، بينما يحدد الذكاء الاصطناعي (تعلم الآلة/العميق وكشف الشذوذ) السلوكيات الشاذة ويتنبأ بالتهديدات ويحسّن الاستجابة الآنية — ومع نظرية ضبط DES يمكّن اتخاذ قرارات ديناميكية وتقدير الحالة والضبط التكيفي تحت عدم اليقين/العداء، مع سلسلة الكتل كطبقة ثقة ثابتة تسجل أحداث DES وقرارات الضبط والانتقالات للتتبع والمساءلة والمرونة: بنية أمنية واعدة ذاتية وشفافة وقابلة للتحقق للبيئات البحرية/المينائية.
أدى التكامل المتزايد للأنظمة المتصلة والمؤتمتة في القطاعين البحري والمينائي إلى تحسين كبير في الكفاءة التشغيلية، لكنه أدخل أيضًا تحديات كبيرة في الأمن السيبراني. ومع توسع الرقمنة، تزداد ثغرات طبقتي التقنية التشغيلية وتقنية المعلومات حرجًا، متطلبة تقييمًا مستمرًا وكشفًا سريعًا وآليات حماية فعالة. وأبرز هذا المسح إمكانات نمذجة DES كمنهج صوري ومنهجي لتحليل قضايا الأمن السيبراني في المجالين البحري والمينائي وكشفها وتخفيفها. وتمكّن الطرق القائمة على DES التمثيل المنظم وتصميم الدفاع الاستباقي للأنظمة المعقدة الموجهة بالأحداث.
يجب أن تعالج البحوث المستقبلية القيود الحالية كتوافر البيانات والتوحيد القياسي وقابلية التشغيل البيني للأدوات، مع استكشاف التكامل مع التقنيات الناشئة كالذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية وسلاسل الكتل. وسيساعد التقدم في هذه الاتجاهات على بناء أطر أكثر تكيفًا ومرونة لتأمين موانئ الجيل القادم الذكية.
With the development and widespread application of information technology, cybersecurity has become a focal point in all industry sectors. The maritime sector is no exception, with both physical and cyber threats. This survey first highlights, from a system engineering and information technology perspective, the specific architectures of on-vessel and in-port systems, as well as the communication equipment connecting them. Subsequently, cyber attacks in maritime and port domains and their potential consequences are described from various angles. Examples of real cases of cyber attacks are also reported. An overview of current key techniques used in vulnerability analysis, attack detection, and security protection is proposed before discussing cybersecurity issues in the maritime and port sectors from the particular perspective of discrete event systems. Various systems used in maritime and port domains are modeled as automata or Petri nets. Some analysis, detection, and protection approaches are then proposed to illustrate the potential of discrete event systems in this domain.
According to the UNCTAD Review of Maritime Transport 2024, maritime transport handles over 80% of world trade volume, making the maritime industry a critical factor in the world economy. It relies on an extensive global network of ports and shipping lanes. As the industry undergoes digital transformation, innovations such as smart shipping, automated ports, and blockchain offer efficiency and cost opportunities: connected navigational, communication, cargo management, dynamic positioning, terminal management, tracking and logistics systems make operations more efficient — but this growing digitalization and connectivity also introduce substantial cybersecurity challenges. To address them, the industry must focus on vulnerability analysis, improved attack detection, and resilient defense strategies.
System security prioritizes the confidentiality, integrity and availability (CIA) triad: confidentiality restricts information to authorized parties; integrity protects data from unauthorized alteration while maintaining accuracy and trustworthiness; availability guarantees authorized access whenever needed. System vulnerabilities — weaknesses in design, implementation or configuration exploitable for unauthorized access, disruption or harm — threaten this triad. Vulnerability analysis in maritime and port sectors means systematically identifying, assessing and addressing weaknesses across connected devices, communication networks, information systems and operational technologies, through: identifying vulnerabilities, assessing risk impact on CIA, prioritizing by severity and likelihood, mitigation and protection (patch management, intrusion detection, network segmentation), and continuous monitoring against evolving threats. The survey's literature was identified through targeted searches in Scopus, Web of Science, IEEE Xplore and SpringerLink (2005–2025) combining 'discrete event system', 'cybersecurity', 'cyber attack', 'maritime' and 'port', refined to works with conceptual, methodological or representative applied contributions.
This survey distinguishes itself from previous reviews by focusing specifically on maritime and port sectors from a system engineering and IT perspective, using discrete event system (DES) models — aimed at professionals, researchers and decision-makers in maritime operations, port management and DES methodologies. Section 2 describes the maritime and port equipment and sites where cyber attacks are likely, given information transmission and exchange. Section 3 covers cyber attacks and cybersecurity: attack classification with examples, common vulnerabilities, consequences, and analysis tools. Section 4 studies maritime and port cybersecurity from a DES perspective, modeling vessel traffic management, radar and port automated guided vehicle systems with automata and Petri nets. Section 5 explores DES-based analysis, detection and protection. Section 6 outlines main research challenges and future directions; Section 7 concludes.
Researching maritime cybersecurity requires thoroughly understanding ship–port communication structures — ship-to-ship, ship-to-port and port-to-port — since their interconnection creates cyber risk. Maritime infrastructure comprises two platforms: on-vessel and in-port. On-vessel systems include: navigation systems critical for safe navigation (radar, GPS, AIS, ECDIS, echo sounder); communication systems for contact with ports, vessels and authorities (VHF radio, satellite communication, MF/HF radio); control systems for precise maneuvering and stability when entering or leaving ports (autopilot, propulsion control, ballast water systems); and identification systems (AIS, ship lights, horns) for visual and electronic vessel identification.
In-port systems include: the port control center overseeing vessel movements and berth assignments; vessel traffic service monitoring and guiding movements with navigation assistance and collision prevention; berthing facilities (mooring buoys, bollards) for safe docking; port communication systems (VHF radio, telephone, email) coordinating with ships and stakeholders; and port security systems (CCTV surveillance, access control). Ship–port communications comprise: berthing/departure notification (estimated arrival times, berth assignment requests and confirmations); berthing operations (continuous VTS communication during approach and departure — docking instructions, tugboat assistance, operational details); and emergency communication (VHF, GMDSS) for assistance or incident reporting. Together these structures ensure smooth, safe operations from navigation to docking, communication and security.
AIS has been mandatory since 2002 for passenger and sea-going vessels of 300 gross tonnage or more, serving vessel safety, collision avoidance and ship monitoring with course, speed and position data. But AIS lacks built-in security measures: exposure through connectivity and information providers creates high operational risk, and AIS can be deactivated or manipulated to create false collision or search-and-rescue alerts. Documented cases include the 2017 Black Sea mass GPS spoofing (ships showing on-land or false positions, including HMS Defender near Crimea), and 2019–2020 'phantom fleets' in the South China Sea and off South America masking illegal fishing or sanctioned oil movements. Navigation systems face false-signal attacks overlapping true positions or fake emergencies — amplified by reliance on dynamic positioning, ship-to-shore interfaces, propulsion controls, cargo valve actuators and passenger-boarding systems. Cases include the 2013 University of Texas yacht GPS-spoofing takeover, 2014/2017 Russian-attributed spoofing, the 2016 return-to-radio navigation debate, and the February 2017 multi-hour takeover of a German 8,250 TEU container vessel's navigation en route from Cyprus to Djibouti. Vessel communication, shipping company and cargo loading/unloading systems are likewise targeted through manipulation, sabotage, falsification, piracy, robbery, destruction, alteration and deviation.
Table 1 catalogues eight attack types with real cases. Malware (ransomware, viruses, worms) disrupts operations, steals data or causes damage — e.g. the 2017 NotPetya ransomware attack on Maersk crippling IT systems and disrupting 76 ports worldwide. Phishing tricks employees into revealing credentials or downloading malware — e.g. the 2020 MSC attack via a malicious link in a seemingly legitimate email. Distributed Denial of Service (DDoS) overloads port or company servers — e.g. the 2024 attack on Belgium's Port of Antwerp disrupting operators' systems and communications. Man-in-the-Middle (MITM) intercepts and alters ship–port or in-port communications — e.g. the 2019 attack on an Iranian port producing wrong docking instructions, delays and cargo mishandling. Credential theft via phishing, brute force or social engineering enables system manipulation — e.g. the 2020 Danish shipping company breach altering schedules. Supply chain attacks compromise third-party suppliers — e.g. the 2020 compromise of a navigation software supplier to several U.S. shipping companies, implanting malicious code in an update that disrupted multiple vessels' navigation.
GPS/GNSS and AIS spoofing sends false signals misleading ships about their true location, causing navigation errors, collisions or grounding — e.g. the 2017 Black Sea GPS anomalies believed to be targeted spoofing disrupting area traffic. Advanced Persistent Threats (APTs) are long-term state-sponsored stealth operations gathering intelligence or causing disruption with severe national-security, infrastructure and financial consequences — e.g. the 2020 state-sponsored attack paralyzing several Iranian ports with massive cargo backlogs. These events represent only the tip of the iceberg, with many similar unreported incidents. Beyond these, the paper recalls foundational notions: a cyber incident as an occurrence with actual or potential adverse consequences for onboard systems, networks, computers or their data (per BIMCO guidelines); a cyber attack as any offensive maneuver against IT/OT systems, networks or personal devices to compromise, destroy or access company and ship systems and data; plus CIA definitions framing the analysis.
With three decades of advances in communications, networked systems and cyber–physical devices, cybersecurity has become critical across domains, and survey publications on maritime and port cybersecurity have grown exponentially (statistics from ResearchGate, MDPI, Elsevier and Cambridge are charted). Tables 2 and 3 summarize the considered survey papers. Recent surveys (2024–2025) cover: port resilience as fragmented research needing empirical studies; MASS cybersecurity threats and defenses with AIS/GPS vulnerabilities and IMO-integrated multi-layer protections, AI, blockchain and behavior analytics; blockchain in maritime logistics (transparency and traceability versus standardization, scalability, regulatory and IoT/AI integration challenges); comprehensive maritime cybersecurity across vessels, ports and supply chains; and 2011–2023 port cyber attacks (15 cases: ransomware and disruption dominant, weak procedures and low awareness as risk amplifiers, timely detection, collaboration and disaster plans as resilience keys).
Earlier surveys (2008–2023) span: cyber-seaworthiness as a policy concept for digitization and autonomous ships; maritime threat gaps (no real-time attack data, limited economic studies, inadequate training, insufficient legal frameworks); mostly conceptual/qualitative literature calling for quantitative and interdisciplinary work; IoT-enabled maritime threats and protection limits; descriptive challenge mappings needing empirical action; bibliometric digital-transformation risk analyses urging policy, technology and training defenses; systemic governance approaches; ship information-security risk reviews with multilayer resilience; regional IMO/Europe/Asia cooperation analyses; Internet-of-Ships architectures; maritime innovation reviews; 2019 maritime cybersecurity incident/threat reviews (poor training, outdated IT, hacker targeting) with process, upgrade and culture countermeasures; maritime risk evaluations; 'wicked problem' framings of ship attacks demanding holistic adaptive approaches; risk-analysis models and algorithms; industry unpreparedness warnings especially for autonomous vessels; risk assessment approaches; safety-critical infrastructure resilience; the foundational 'Threats and impacts in maritime cyber security' study; the McNicholas maritime security textbook; cyber-resilience challenges (awareness, regulation, preparedness, collaboration, adaptive defense); and port/maritime security research perspectives with risk-based shipping models.
Cyber attacks in maritime and port sectors have extensive, severe safety, environmental and economic impacts. Safety: compromised navigation, communication and cargo systems can leave vessels out of control, misnavigated or colliding, endangering crew and passengers — the 2017 NotPetya attack on Maersk crippled IT and scheduling across the global shipping network, exposing grave safety risks even without direct collisions. Environmental: attackers controlling navigation or control systems can ground vessels or cause collisions in sensitive areas, spilling oil or chemicals — the 2010 Stuxnet worm, though aimed at nuclear facilities, demonstrated the scale of damage possible if similar attacks hit vessels carrying hazardous chemicals in fragile marine ecosystems. Economic: ports and shipping companies are critical trade nodes where attacks cause cargo delays, supply-chain disruption and heavy financial losses plus restoration costs — the 2020 CMA CGM ransomware attack blocked online booking and severely interrupted logistics, harming both the company and global supply-chain stability.
In summary, safety hazards, environmental risks and economic losses are the primary impact dimensions. Mitigation demands stronger defenses, robust incident response plans, and continuous monitoring and updating. Key authoritative guidelines (technical-procedure-light, action-driving) include: IMO Guidelines on Maritime Cyber Risk Management, integrated into the ISM Code requiring cyber risk in safety management systems; International Maritime Bureau (IMB) best management practices against piracy and maritime cyber risks; BIMCO Guidelines on Cyber Security Onboard Ships with detailed owner/operator implementation recommendations; International Maritime Satellite Organization (IMSO) guidelines securing global maritime communication systems and networks; European Maritime Safety Agency (EMSA) port-cybersecurity guidelines protecting facilities and operations; and the US Coast Guard cybersecurity framework profile for maritime based on the NIST framework.
In cybersecurity, 'vulnerability' has two meanings: a system weakness or flaw an attacker may exploit (from software errors, outdated software, weak protocols), and the overall susceptibility or fragility of a system to attacks — an evaluation of exposure to existing threats, where any flaw breachable for integrity, availability or confidentiality counts. This paper uses mainly the second meaning: weaknesses leveraged for unauthorized actions, e.g. accessing data without credentials, with attackers typically exploiting one flaw for a foothold then moving laterally to the target. The maritime industry suffers characteristic vulnerabilities: outdated unsupported IT/OT systems on obsolete platforms; OT systems unpatchable or incompatible with antivirus due to type-approval constraints; diffuse responsibility across ship-operation and chartering stakeholders; online interfaces with onshore parties and supply-chain components; remotely monitored/accessed equipment (manufacturers, service providers); business-critical and commercially sensitive data shared with shore entities (terminals, stevedores, authorities); unpatched or inadequately secured computer-controlled critical systems affecting safety and environment; improvable cyber-risk culture (training, roles); and shipyards assembling subsystems with minimal cyber-risk attention.
System fragility is analyzed along three dimensions: likelihood/ease of compromise (including susceptibility to specific attack types, success likelihood, or intruder time-to-compromise); detection-strategy performance (how effectively and quickly intrusions are identified — efficient detection greatly reduces impact); and successful-attack impact (resilience and per-attack-type consequences). Vulnerability sequences model as state changes transferring the system from secure to attacked states; network topology is graph-structured, making graphical tools the best modeling choice — attack graphs, attack trees, and cyber kill chains. Cyber kill chains describe an attack as ordered-duration steps (reconnaissance, weaponization, delivery, exploitation, installation, command and control, actions on objectives). Attack graphs/paths (Swiler et al. 1998) visually display possible attack sequences from information-flow, topology and vulnerability analysis: nodes are hosts, vulnerabilities or devices; edges are privilege-gaining evolutions — valuable for complex interconnected maritime/port systems. Attack trees (Schneier) display successive intruder steps toward a goal: the root is the objective, intermediate nodes sub-goals, leaves atomic actions, combined conjunctively, disjunctively, or in conjunctive-sequential order.
A Vessel Traffic Service (VTS) is the authority controlling vessel traffic, supported by the computerized Vessel Traffic Management System (VTMS) that helps port authorities dock, undock and operate vessels. The VTMS assists in managing vessel movements for safe, efficient, orderly flow: monitoring positions, coordinating arrivals and departures. For simplicity the single-vessel case is modeled: the process starts idle awaiting a vessel; upon neighborhood arrival, communication monitors location and confirms identification for admission; once verified, a dock is assigned; the vessel may wait if the dock is occupied; when free it moves in under VTMS guidance; after docking, cargo loading/unloading begins; on completion VTMS assigns departure time with exit navigation instructions; the vessel leaves along its route until exiting the neighborhood, and the system resets to idle. This VTMS faces attacks such as fake vessel injection, where an attacker introduces a fictitious vessel appearing legitimately in the neighborhood.
The normal VTMS process and the attack scenario are modeled with Labeled Timed Probabilistic Automata (LTPA): a 6-tuple G = (S, E, Q, Obs, delta, Pi(0)) of finite states, observable/unobservable events, observable labels, a labeling function, timed transitions with rates, and initial-state probabilities. The paper instantiates VTMS with 13 states (s0 idle through s8 vessel leaving, plus attack states s0' idle-attack, s1' fake vessel approaching, s2' fake authentication, s8' fake leaving), observable/unobservable events, an 11-label alphabet, the Obs labeling function, the full transition relation, and initial distribution concentrated on s0. The fake-vessel-injection attack pattern is a two-state automaton (Normal, Attack) transitioning to Attack exactly on the silent attack event es0,s0'. Stochastic Petri nets are noted as an alternative for modeling and analyzing systems subject to attacks, failures or unpredictable events.
Commercial vessels — container ships, bulk carriers, tankers — depend on radar to detect surrounding targets, avoid collisions and optimize paths, requiring real-time awareness of nearby environmental conditions and other vessels' positions and headings, plus close inter-vessel collaboration. Radar is thus the core sensing technology: vessels emit signals bouncing off ships, coastlines or rocks, estimating distance from travel time and relative speed via Doppler effect. Given automata's simplicity for behavior description, the paper models radar information exchange with a four-vessel squadron: Vessel A (north) detects and gathers information initiating communication; Vessel B (east) monitors routes and watches for obstacles; Vessel C (south) supports and coordinates communication and logistics; Vessel D (west) detects hazards and responds to emergencies. VA emits signals; VB, VC, VD receive and relay positions/headings back; VA adjusts course then passes the priority token sequentially (VA→VB→VC→VD→VA); each vessel adjusts, emits updated signals, and ultimately all avoid collisions. The automaton G = {Q, E, delta, q0} has 8 states (all-standby through each vessel's course correction), 8 events, initial state 0, with transitions like delta(1, e1) = 2.
Attackers can compromise the system by manipulating, deleting or substituting signals — i.e. system events. An example attack plan tabulates, per generated event (including empty event epsilon), the corruption: '(e2, e3)' means generated e2 replaceable by e3; 'delete e5' means e5 replaceable by epsilon; 'insert e7' means inserting e7. Under this DES attack formulation, a modified automaton built over the attack events determines whether the system is under attack. The VTMS, radar and AGV examples together illustrate how automata and Petri nets model maritime communication systems and sensor networks.
Consider a port system with five loading areas Z1–Z5 (warehouses, storage yards, docks) as the hub for cargo loading, unloading, transshipment and storage across transportation modes. Several automated guided vehicles (AGVs) wait to enter, move between areas transporting cargo or delivering goods to trucks or vessels, entering each area, picking up and dropping off goods, and exiting through designated quay interfaces via entry points. A labeled Petri net models vehicle movements: places p1–p5 correspond to areas Z1–Z5, each transition firing represents one vehicle transiting the respective quay interface, detected by interface sensors, with letters q1–q8 as sensor labels.
Metrics measure security policy, mechanism and implementation effectiveness, identify vulnerabilities, prioritize corrective measures, and raise awareness. Widely used graph-based metrics: shortest path (least attacker effort from initial to target state); number of paths (more routes = lower security, more attacker opportunities); mean path length (average exploits needed to reach target); mean time to security failure (expected time to first successful compromise); steady-state security (long-run security level as time approaches infinity); and type of security failure (probability of each attack path being selected across privilege levels). In vulnerability analysis for DES, three tool families model system–attack interactions: attack and defense graphs, attack and defense trees, and cyber kill chains, alongside models combining baseline behavior with attack scenarios. Analytical methods include logic-based approaches (graph algorithms, kill chain, cost algorithms) and probabilistic extensions — Bayesian networks and Markov models — providing quantitative assessment with strong maritime potential for identifying vessel/port weaknesses toward more resilient, secure systems. (The assessment of these metrics depends on the proposed approach and model; detailed approaches and examples are referenced.)
Recent networked-DES cyberattack research addresses how vulnerabilities in networked control frameworks are exploited and protected, around vulnerability analysis, attack detection, and mitigation/defense (tabulated across the literature). Contributions separate by main objective (analysis, detection, mitigation); under 25% directly concern maritime/port domains, but most extend readily to those sectors. Most use automata or Petri net tools; some add Bayesian, Markov or other probabilistic models for vulnerability. Key efforts: vulnerability modeling and analysis (weak points in DES communication networks and control logics exploitable for data manipulation, denial of service, false data injection); attack detection (machine learning, anomaly detection algorithms, real-time monitoring swiftly responding to abnormal event-driven patterns); and attack mitigation/defense (resilient networked DES architectures with robust fault-tolerant control, encryption, secure communication protocols withstanding attacks and reducing impact) — essential for maritime logistics, smart grids and autonomous transportation.
A security threat is a stochastic process modelable as a Markov chain: state-to-state transition probabilities derive from next-state vulnerabilities, each chain path is an attack path to breach, and each path is a state sequence. The paper adapts fault-detection-function (FDD) performance evaluation: an FDD is a complete deterministic finite automaton FDD = (A, Q, deltaD, A0bar, A) over FDD states, observable labels and transitions, with non-alarm states and one stable alarm state, deciding from observations whether the system is faulty. Studied performance covers non-detection (faulty mode, no alarm), false alarm (alarm in normal mode), and detection delay (lag between fault transition and alarm) — three quantitative metrics via long-run Markovian approximation, developed for diagnosis but extensible to Attack Detection Functions (ADF): a fault pattern automaton FP = (N, E, deltap, N0, Att) with normal states plus one stable pattern-occurrence state.
A concrete ADF detects fake vessel injection for the Figure 3 VTMS under the Figure 4 attack pattern: states A = {A0bar, A1bar, A2bar, A}, system-label events, transitions looping on non-a/b/k labels and advancing (A0bar, a)→A1bar→(b)→A2bar→(k)→A (alarm), alarming on observed sequence 'abk'. Applying the Markovian approach, this ADF's fake-vessel-injection detection evaluates to a 99% false alarm rate, 0% non-detection rate, and three-time-unit average detection delay — via two successive compositions: system model with fault pattern, then the result with the ADF.
For the AGV port system, excessive vehicle concentration in one loading area causes congestion, cargo-handling delays, scheduling disruption, efficiency loss, economic loss, and collision risk. Each area therefore needs a capacity set by control constraints reflecting berth scheduling, vessel turnaround times and logistics dynamics — not merely physical space. Example: AGV area Z4 (a container terminal berth) with capacity three, formalized as generalized mutual exclusion constraint (GMEC) J = ([0,0,0,0,1,0,0]^T, 3), restricting the token (vehicle) count in p5 to three. Now suppose sensor deception vulnerability: an attacker alters observations of a Z4-entering vehicle to appear as Z2-entering — i.e. after label q5 (transition t7 or t6 fires), the observation becomes q2: R = {(q5, q2)}. Firing sigma = t14t22t5t6t32t7 from the initial marking reaches M = 2p3 + 2p4 (two vehicles each in Z3, Z4); if t7 fires at M (Z3→Z4 move), the system reaches M' = p4 + 3p5 with sensor label q5 — but under attack (q5→q2) authorities believe Z4 holds only two vehicles, potentially admitting another AGV via t6/t7 and exceeding capacity three.
Supervisory control theory for DES offers the solution: design a supervisor guiding or restricting system evolution so supervised behavior meets control specifications, typically by disabling events based on observed output — observing events via sensor readings and issuing control commands to actuators. Per the cited online supervisory control policy, the algorithm initializes observation and forbidden-transition sets, then on each observed label q updates the observation, computes zeta(omega) = 3 − (pi_omega(q5) + pi_omega(q2)) + pi_omega(q4) + pi_omega(q6) from label occurrence counts, and disables transitions whose label counts exceed max{0, zeta(omega)}. The acquired supervisor dynamically guides AGV behavior under these control rules, preventing Z4 overconcentration despite vulnerability to sensor deception attacks R = {(q5, q2)}.
As maritime and port sectors digitally transform, supporting cyber–physical infrastructures grow more complex, interconnected and vulnerable to sophisticated threats. While DES methodologies show strong modeling, detection and control potential, fundamental challenges remain. Data availability and dataset generation: a recurrent industrial-cybersecurity research problem is missing data — vessel complexity and heterogeneity hinder adapted datasets, and confidentiality blocks public sharing. Three solutions exist: open datasets (the Admiral database listing maritime-sector attacks, though mostly without technical detail; accessible AIS data via AIS-hub and MarineTraffic); laboratory datasets from controlled learning platforms simulating anomalies and attacks on specific systems; and simulation-generated datasets, since ships embed general industrial systems modelable with general tools under maritime constraints (e.g. water distribution systems). Still, the lack of standardized high-quality datasets impedes empirical validation and benchmarking — future work must develop shared maritime cybersecurity datasets and testbeds for reproducible, comparable experiments.
Modeling and system complexity: future research must address growing ship-operation complexity, multi-agent collaboration and advanced threat management from cyber–physical and networked perspectives. More sophisticated sensor- and AI-equipped vessels demand enhanced formal and numerical models for dynamic real-time decision-making under uncertainty at scale — e.g. probabilistic and timed automata capturing environmental uncertainties (weather, hazards) and navigation/communication temporal aspects; scalable hybrid and discrete-event frameworks for larger-fleet collaborative optimization, coordination and resource allocation; and DES models accounting for coordinated multi-vector and AI-driven adversarial attack strategies. Comparative modeling approaches: a needed direction is comparing DES-based formal methods with traditional techniques (Bayesian networks, Markov models) for relative strengths in modeling cyber–physical security in maritime/port settings. Currently little evidence applies Bayesian or Markov formalisms specifically to maritime/port cybersecurity — existing works address high-level risk reasoning (Mohsendokht et al. risk-factor dependencies; John et al. seaport resilience), MASS risk prediction (Aydin et al. Z-number Bayesian network), floodgate attack/accident distinction, educational ship-cybersecurity Markov chains, intent classification HMMs, or AIS anomaly reviews — differing in scope from port IT/OT attack–defense dynamics. Missing shared datasets, standardized protocols and consistent model setups currently prevent rigorous like-for-like comparison; establishing benchmarks and DES–probabilistic hybrid approaches are open challenges.
Adaptive and distributed supervisory control: future mechanisms must dynamically reconfigure against attacks on key port operations (quay-side activities, berth management, container terminal automation), enabling rapid adjustments to vessel scheduling, cargo handling and AGV management for efficient resource allocation across berth zones, quay interfaces and storage — supervisory control efficiently prevents decisions driving the system into vulnerability, and capacity limits build resilience; advanced schemes integrating decisions and operations enforcement are needed for full cybersecurity support. Software tools: no numerical/software tool exists based solely on DES for vulnerability analysis, attack detection and security protection in maritime/port computer systems and networks — though general IT/OT tools apply (Tenable.ot, Nessus, OpenVAS, Greenbone for assessment; Zeek, Suricata, Snort, Nozomi Guardian, Clarity, Dragos for monitoring/intrusion detection; Elastic Security, Splunk, IBM QRadar, Wazuh, OSSEC for integrated security management), plus MITRE ATT&CK (adversary behavior taxonomy) and MITRE D3FEND (defensive countermeasure mapping, covering modern attacks' multidimensional nature) — to be combined with DES models in future implementation and validation. Integration of AI and blockchain: decentralized blockchain authentication/access control creates distributed identity systems for safe port data sharing (smart contracts, encryption against unauthorized access/leakage), supply-chain transparency and traceability preventing forgery (secure logistics tracking), while AI (machine/deep learning, anomaly detection) identifies abnormal behaviors, predicts threats and optimizes real-time response — and with DES control theory enables dynamic decision-making, state estimation and adaptive control under uncertainty/adversity, with blockchain as an immutable trust layer recording DES events, control decisions and transitions for traceability, accountability and resilience: a promising autonomous, transparent, verifiable cybersecurity architecture for maritime/port environments.
The increasing integration of connected and automated systems in maritime and port sectors has greatly improved operational efficiency but also introduced significant cybersecurity challenges. As digitalization expands, vulnerabilities across OT and IT layers become more critical, requiring continuous assessment, rapid detection, and effective protection mechanisms. This survey emphasized the potential of DES modeling as a formal and systematic approach for analyzing, detecting, and mitigating cybersecurity issues in maritime and port domains. DES-based methods enable structured representation and proactive defense design for complex event-driven systems.
Future research should address current limitations such as data availability, standardization, and tool interoperability while exploring integration with emerging technologies like AI, digital twins, and blockchain. Advancing these directions will help build more adaptive and resilient frameworks to secure next-generation smart ports.