Sachverhalt: A. X._ befindet sich aufgrund einer Verurteilung wegen mehrfacher sexueller Handlungen mit Kindern und mehrfacher sexueller Nötigung im Verwahrungsvollzug in der Justizvollzugsanstalt Pöschwies (JVA). Am 17. Juli 2012 wurde seine Zelle wegen unbewilligter Nutzung des Internets durchsucht und der von der Strafanstalt gemietete PC, eine private Tastatur sowie ein USB/UMTS-Modem mit SIM- und Speicherkarte zur Prüfung eingezogen. Diese Datenträger liess die Justizvollzugsanstalt durch die Forensic Computing Services (FCS) auswerten und ein Gutachten darüber erstellen. Nach Erhalt der Expertise vom 19. Dezember 2013 erhob die Justizvollzugsanstalt mit Eingabe vom 13. Januar 2014 bei der Staatsanwaltschaft Winterthur/Unterland Strafanzeige gegen X._ wegen Verdachts auf Pornografie. Das Bezirksgericht Dielsdorf sprach ihn am 17. Juni 2016 der mehrfachen Pornografie schuldig und verurteilte ihn zu einer unbedingten Geldstrafe von 75 Tagessätzen zu Fr. 10.--. B. Auf Berufung von X._ hin verurteilte ihn das Obergericht des Kantons Zürich am 6. Februar 2017 wegen Pornografie im Sinne von Art. 197 Ziff. 3bis aStGB (Besitz). Von den weiteren Vorwürfen im Sinne von Art. 197 Ziff. 3 (Herstellung) und Ziff. 3bis (Speicherung) aStGB sprach das Obergericht X._ frei. Es bestätigte die Sanktion des Bezirksgerichts. Das Obergericht geht im Wesentlichen von folgendem Sachverhalt aus: Mit Hilfe einer speziellen Software erlaubte das erwähnte Modem den unkontrollierten und nicht rückverfolgbaren Zugang zum Internet. Auf die Speicherkarte des Modems lud eine nicht bekannte Person an nicht genau bekannten Tagen (oder einem nicht genau bekannten Tag) zwischen dem 13. April 2011 und dem 17. Juli 2012 unter dem Titel "Kids in Comics" verschiedene Comics-Zeichnungen (sog. Mangas) aus dem Internet herunter. Die Bildfolgen zeigen den inzestuösen sexuellen Missbrauch eines Knaben durch die Mutter, die gewaltsame vaginale und anale Penetration eines offensichtlich vorpubertären Mädchens durch einen alten Mann im Beisein der Mutter sowie den erzwungenen Oralverkehr eines vorpubertären Mädchens mit einem alten Mann. Ferner gelangen mehrfache sexuelle Handlungen eines ebenfalls vorpubertären Knaben im Beisein seiner Mutter und weiterer Personen sowie der Geschlechtsverkehr zweier erwachsener Personen im Beisein eines Kindes, welches seinerseits durch einen Gegenstand anal penetriert ist, zur Darstellung. Des Weitern zeigen die Zeichnungen, wie ein kniendes Kind einen Mann oral befriedigt, wie ein Kind einen künstlichen Penis im Mund hält, während andere Personen sich befriedigen, und ungefähr zwanzig gleichgelagerte Szenen mehr. An einem nicht bekannten Datum vor der Entdeckung durch die Aufsicht der Justizvollzugsanstalt am 17. Juli 2012 gelangte X._ in den Besitz der Datenträger sowie der darauf gespeicherten Aufnahmen und hatte diese damit jederzeit zur Verfügung. C. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, das angefochtene Urteil sei aufzuheben und er sei vollumfänglich freizusprechen. Es sei ihm eine Genugtuung von Fr. 3'000.-- zuzusprechen. Eventuell sei die Sache zur ergänzenden Abklärung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Überdies ersucht X._ um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege.