> Вопрос не в том, что используется в ключе кэширования, а в том,
> что отправляется на бэкенд. И на бэкенд у вас при перезаписи как
> раз отправляется $handler, установленный в другом подзапросе:

> 2018/04/09 21:29:34 [debug] 16867#16867: *1901 fastcgi param: "PATH_TRANSLATED: /var/www/site/www/banner.html"

Не совсем понимаю как результат работы подзапроса, пусть и с перезаписанными переменными окружения, может быть помещён в кэш основного запроса.
Если кэши запроса и подзапроса разные (разные cache_path) да к тому же используют разные ключи кэширования.
То есть, подзапрос баннера вдруг перезаписывает ответ всей страницы.

То, куда попадёт ответ подзапроса зависит от PATH_TRANSLATED?

> Бэкенд возвращает пустой ответ, и этот ответ попадает в кэш. То
> есть всё ровно так, как я и предполагал. Нужно исправлять
> конфигурацию так, чтобы запрос на бэкенд не использовал
> переменных, которые могут быть переписаны другими подзапросами.

Не уверен, что это возможно.
FCGI-приложение требует этих переменных для своей работы.

> Вы пишите в список рассылки.

Ясно, изучу.