Sachverhalt:
A. Am 15. Juli 1999 erhob die Bezirksanwaltschaft Bülach gegen X._ Anklage u.a. wegen mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern sowie wegen mehrfacher sexueller Nötigung. Diesen Vorwürfen liegt im Wesentlichen der folgende Sachverhalt zu Grunde:
Im Zeitraum vom Mai 1997 bis zum 1. Juli 1997 habe der Angeklagte X._ zu nicht mehr bestimmbaren Gelegenheiten und an nicht mehr bestimmbaren Tagen, jedoch mehrmals und oft über mehrere Tage hinweg, die Brüder A._ (geb. am 1. August 1989) und B._ (geb. am 12. September 1988) zu sich in die Wohnung genommen, wobei die beiden Knaben jeweils bei ihm übernachtet hätten. Dies sei - zumindest bis zur Klinikeinweisung der Mutter im Juni 1997 - in ihrem Einverständnis erfolgt. Dabei sei es zu einer Vielzahl von sexuellen - im Einzelnen nicht mehr bestimmbaren - Handlungen gekommen, wobei der Angeklagte die beiden Knaben unter Anwendung von Gewalt und durch psychischen Druck jeweils zum Widerstand unfähig gemacht habe.
Mit Urteil des Bezirksgerichts Bülach vom 28. Oktober 1999 wurde X._ u.a. der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern sowie der mehrfachen sexuellen Nötigung schuldig gesprochen und mit 6 1⁄2 Jahren Zuchthaus bestraft; zudem wurde die Verwahrung angeordnet.
Auf Berufung hin entschied das Obergericht des Kantons Zürich am 27. Juni 2000, es seien noch weitere Beweise abzunehmen und die Sache sei an die Vorinstanz zur Neubeurteilung zurückzuweisen.
Mit Urteil vom 15. November 2001 bestätigte das Bezirksgericht Bülach im Wesentlichen sein erstes Urteil und reduzierte lediglich die ausgesprochene Freiheitsstrafe auf 6 Jahre Zuchthaus.
B. Auf erneute Berufung von X._ hin sprach ihn das Obergericht des Kantons Zürich mit Urteil vom 16. Mai 2002 von der Anklage der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern und der mehrfachen sexuellen Nötigung frei, verurteilte ihn aber wegen anderer Delikte zu 18 Monaten Gefängnis. Zur Begründung führte das Obergericht im Wesentlichen aus, die Aussagen von A._ und B._ seien nicht verwertbar, weil der Angeklagte ihnen keine Ergänzungsfragen stellen konnte; der Mangel lasse sich auch nicht mehr beheben, da eine erneute Befragung nach so langer Zeit und aufgrund von Sekundäreinflüssen keine zuverlässigen und schlüssigen Resultate mehr erbringen könnte. Und selbst wenn von einer Verwertbarkeit der Aussagen auszugehen wäre, liessen sich Zweifel nicht ausräumen, da die Kinder zahlreichen und vielschichtigen Sekundäreinflüssen und suggestiven Fragen ausgesetzt gewesen seien. Es wäre daher ein Gutachten zum Aussageverhalten erforderlich gewesen. Ein solches könne aber nach beinahe fünf Jahren nicht mehr zu einem schlüssigen Ergebnis führen.
Auf Nichtigkeitsbeschwerde der Staatsanwaltschaft und der Geschädigten hin hob das Kassationsgericht des Kantons Zürich das Urteil des Obergerichts mit Beschluss vom 22. August 2003 auf und wies die Sache zur Neubeurteilung an das Obergericht zurück. Das Kassationsgericht bestätigte zwar, dass mangels der Möglichkeit des Angeklagten, den Zeugen Ergänzungsfragen zu stellen, deren Aussagen nicht verwertbar seien; doch könne eine Beweisergänzung willkürfrei nicht abgelehnt werden, weil antizipiert nicht ausgeschlossen werden könne, dass sich die Zeugen erinnern und glaubhafte Aussagen machen würden, was auch ihre früheren Aussagen in einem anderen Licht erscheinen lassen könnte; ebenso wenig lasse sich, bevor die Kinder noch einmal ausgesagt hätten, der Beweiswert eines Gutachtens ausschliessen.
C. Nach Durchführung einer (weiteren) Befragung der beiden Kinder und Einholung eines aussageanalytischen Gutachtens sowie eines ergänzenden psychiatrischen Gutachtens über den Angeklagten sprach das Obergericht des Kantons Zürich mit Urteil vom 11. Dezember 2006 X._ der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern, der mehrfachen sexuellen Nötigung sowie der mehrfachen Freiheitsberaubung schuldig (auf weitere Anklagepunkte trat es infolge Eintritts der Verjährung nicht ein oder bestätigte den Freispruch des Bezirksgerichts) und bestrafte ihn mit Zuchthaus von fünf Jahren, unter Anrechnung von 1771 Tagen Untersuchungs- und Sicherheitshaft. Zudem ordnete das Obergericht eine ambulante Massnahme an und schob den Freiheitsentzug zu diesem Zwecke auf.
Eine Nichtigkeitsbeschwerde gegen dieses Urteil wies das Kassationsgericht des Kantons Zürich mit Beschluss vom 2. April 2008 ab, soweit es darauf eintrat.
D. X._ reichte am 9. Mai 2008 beim Bundesgericht Beschwerde in Strafsachen ein. Die Beschwerde richtet sich sowohl gegen den Beschluss des Kassationsgerichts vom 2. April 2008 als auch gegen das Urteil des Obergerichts vom 11. Dezember 2006. Er beantragt, die beiden Entscheide aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung an das Obergericht zurückzuweisen. Zudem beantragt er die unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung.
E. Vernehmlassungen hat das Bundesgericht nicht eingeholt.

Erwägungen:
1. 1.1 Am 1. Januar 2007 ist das Bundesgesetz vom 17. Juni 2005 über das Bundesgericht (Bundesgerichtsgesetz, BGG; SR 173.110) in Kraft getreten. Dieses ist auf Beschwerdeverfahren vor dem Bundesgericht nur anwendbar, wenn auch der angefochtene Entscheid nach dem Inkrafttreten des Bundesgerichtsgesetzes ergangen ist (<ref-law>). Das Urteil des Obergerichts wurde vor, der Entscheid des Kassationsgerichts nach dem Inkrafttreten des Bundesgerichtsgesetzes gefällt.
Der Beschluss des Kassationsgerichts ist ein kantonal letztinstanzlicher Endentscheid in Strafsachen, gegen den die Beschwerde in Strafsachen zulässig ist (Art. 78 Abs. 1, Art. 80 Abs. 1, Art. 90 BGG).
2. Allerdings handelt es sich bei der kantonalen Nichtigkeitsbeschwerde an das Kassationsgericht des Kantons Zürich um ein Rechtsmittel, mit dem nicht alle Rügen überprüft werden, welche dem Bundesgericht unterbreitet werden können. Sie ist zulässig namentlich wegen Verletzung gesetzlicher Prozessformen (<ref-law>/ZH), wegen aktenwidriger tatsächlicher Annahmen (<ref-law>/ZH) und grundsätzlich auch wegen Verletzung materieller Gesetzesvorschriften (<ref-law>/ZH), aber gerade nicht soweit gegen eine Entscheidung die Beschwerde in Strafsachen an das Bundesgericht wegen Verletzung materiellen Gesetzes- und Verordnungsrechts des Bundes (<ref-law>/ZH) gegeben ist bzw. die Nichtigkeitsbeschwerde an den Kassationshof des Bundesgerichts wegen Verletzung eidgenössischen Rechts gegeben war.
Für den Fall, dass der Entscheid eines oberen kantonalen Gerichts mit einem Rechtsmittel bei einer zusätzlichen kantonalen Gerichtsinstanz angefochten werden kann, das nicht alle Rügen nach den Artikeln 95-98 BGG zulässt, sieht das Bundesgerichtsgesetz in <ref-law> vor, dass die Beschwerdefrist erst mit der Eröffnung des Entscheids dieser Instanz zu laufen beginnt. Das bedeutet, dass der Beschwerdeführer mit dem Beschluss des Kassationsgerichts noch das Urteil des Obergerichts mitanfechten kann, woran nichts ändert, dass dieses Urteil vor Inkrafttreten des Bundesgerichtsgesetzes ergangen war und damals hätte mit eidgenössischer Nichtigkeitsbeschwerde gemäss Art. 278 BStP angefochten werden müssen (vgl. <ref-ruling> E. 1.3 und 1.4; Urteil 6B_51/2007 vom 3. September 2007, E. 1).
2.1 Der Beschwerdeführer wendet sich nicht nur gegen den Entscheid des Kassationsgerichts, sondern auch gegen jenen des Obergerichts und verlangt dessen Aufhebung, was nach dem Gesagten grundsätzlich zulässig ist. Er erhebt jedoch gegen das Urteil des Obergerichts keine Rüge, welche er nicht vorgängig dem Kassationsgericht hätte unterbreiten können. Namentlich macht er mit keinem Wort geltend, dass das Urteil des Obergerichts materielles Gesetzes- oder Verordnungsrecht des Bundes verletzen würde, was beim Kassationsgericht des Kantons Zürich nicht hätte gerügt werden können. Allerdings glaubt er, aufgrund der Mitanfechtung des Urteils des Obergerichts noch Rügen erheben zu können, die er dem Kassationsgericht zu unterbreiten unterlassen hat (Beschwerde, S. 6). Das ist nicht zutreffend, da die Beschwerde nur zulässig ist gegen Entscheide letzter kantonaler Instanzen (<ref-law>), was für die Rügen, die den Sachverhalt betreffen, die Ausschöpfung des kantonalen Instanzenzugs erfordert. Soweit mit der Beschwerde das Urteil des Obergerichts angefochten wird, ist daher mangels Rügen, die sich unmittelbar gegen dessen Entscheid richten und dem Kassationsgericht nicht hätten unterbreitet werden können, nicht einzutreten.
2.2 Mit der Beschwerde an das Bundesgericht kann die Feststellung des Sachverhalts gerügt werden, allerdings nur, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht die Feststellung des Sachverhalts, wenn dieser unter Verletzung von Bundesrecht ermittelt worden ist, wozu das Bundesverfassungsrecht gehört. Dabei ist allerdings zu beachten, dass das Bundesgericht die Verletzung von Grundrechten nur insofern prüft, als eine solche Rüge in der Beschwerde vorgebracht und begründet worden ist (<ref-law>). Die Rüge der offensichtlich unrichtigen Feststellung des Sachverhalts, mithin der Verletzung des Willkürverbots (<ref-law>), prüft das Bundesgericht ebenfalls nur insoweit, als sie in der Beschwerde explizit vorgebracht und substantiiert begründet worden ist (<ref-ruling> E. 1.4.3).
3. Das Obergericht hat den Anklagesachverhalt grundsätzlich für erstellt erachtet, allerdings mit Modifikationen. Es erachtete sexuelle Handlungen mit den beiden Kindern für erwiesen, auch anale Penetration, allerdings könne anale Penetration beim Nintendospiel nicht als erstellt gelten, ebenso wenig die Anwendung körperlicher Gewalt durch Fesselung und Knebelung mit Klebband (zusammenfassend Urteil Obergericht, S. 102). Die Beurteilung des Obergerichts beruht (nebst weiterer Zeugenaussagen) auf der Einvernahme der Geschädigten vom 3. Februar 2004, bei welcher der Beschwerdeführer hätte Ergänzungsfragen stellen können, diese Gelegenheit aber nicht wahrnahm, sowie namentlich auf einer Glaubhaftigkeitsanalyse der früheren Aussagen, unter Einbezug der neuen, durch die Gutachterin Dr. Vera Kling (vgl. Gutachten S. 62 f.; act. 178-5/6). Aufgabe der Gutachterin war es namentlich, die durch suggestive Einflüsse verfälschten Aussagen von den verwertbaren Aussageteilen zu scheiden und letztere einer aussageanalytischen Beurteilung zu unterziehen.
Der Beschwerdeführer erhebt gegen die Feststellung des Sachverhalts eine Reihe detaillierter Rügen, auf welche nachfolgend einzugehen ist. Dabei ist zu beachten, dass Willkür im Sinne von <ref-law> nach ständiger bundesgerichtlicher Rechtsprechung einzig vorliegt, wenn der angefochtene Entscheid auf einer schlechterdings unhaltbaren oder widersprüchlichen Beweiswürdigung beruht bzw. im Ergebnis offensichtlich unhaltbar ist, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft (<ref-ruling> E. 3.1 mit Hinweisen). Dass das angefochtene Urteil mit der Darstellung des Beschwerdeführers nicht übereinstimmt oder eine andere Lösung oder Würdigung vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre, genügt praxisgemäss für die Begründung von Willkür nicht (<ref-ruling> E. 5.1; <ref-ruling> E. 3.1; <ref-ruling> nicht publ. E. 4.1; <ref-ruling> E. 2b mit Hinweisen).
4. 4.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Aussagen der Geschädigten enthielten Widersprüche und Unklarheiten, insbesondere hätten die Geschädigten ihn bei bestimmten Einvernahmen entlastet. Diese entlastenden Aussagen seien ihnen nicht vorgehalten worden, namentlich auch nicht bei der Befragung vom 3. Februar 2004, was die Pflicht verletze, entlastenden Umständen nachzugehen und die Zeugen zur Behebung von Unklarheiten und Widersprüchen zu veranlassen (§§ 31 und 143 StPO/ZH). Der Beschwerdeführer räumt jedoch ein, diese Rügen dem Kassationsgericht nicht unterbreitet zu haben (Beschwerde, S. 6). Darauf ist deshalb mangels Erschöpfung des Instanzenzugs nicht einzutreten.
Der Beschwerdeführer erhebt im Zusammenhang mit der Aussage A._ am 3. Februar 2004, wonach er nie die Wahrheit gesagt habe, Rügen der Gehörsverweigerung, der willkürlichen Beweiswürdigung und der Verletzung der Unschuldsvermutung (Beschwerde, S. 6-9, insbesondere S. 9 oben). Diese Aussage, nie die Wahrheit gesagt zu haben, beziehe sich auf seine Aussagen vom 26. August 1997 im Kinderdorf gegenüber der Polizistin C._, in welchen er den Beschwerdeführer beschuldigt habe. Das Obergericht hätte bei seiner Beweiswürdigung berücksichtigen müssen, dass A._ diese Aussagen nunmehr für unzutreffend erkläre.
3.2 Das Kassationsgericht führt dazu aus, die Aussage vom 3. Februar 2004 sei vom Obergericht im Urteil wiedergegeben und somit nicht übersehen worden (Beschluss Kassationsgericht, S. 24 oben), das Obergericht habe sie alsdann aber nicht für wesentlich erachtet und sei darum nicht weiter darauf eingegangen, was nicht zu beanstanden sei, zumal A._ sich an diese Befragungen kaum mehr habe erinnern können. Der Beschwerdeführer führe im Übrigen auch nicht aus, wie sich diese Aussage zu den Belastungen des Beschwerdeführers in derselben Aussage verhalte.
Entgegen der Meinung des Beschwerdeführers ist weder eine Gehörsverweigerung noch eine willkürliche Würdigung der Beweise oder eine Verletzung der Unschuldsvermutung zu erkennen. A._ hat am 3. Februar 2004 - angesprochen auf die Befragung durch die Polizistin C._ - ausgesagt, nie die Wahrheit gesagt zu haben. Er könne sich zwar nicht erinnern, aber er habe nie die Wahrheit gesagt, weil er Angst gehabt habe vor dem Beschwerdeführer, und weil dieser sie gezwungen habe, nicht die Wahrheit zu sagen; nur einmal hätten sie die Wahrheit gesagt, und dann seien sie ins Spital gebracht und der Beschwerdeführer sei verhaftet worden (act. 178 3/6 S. 5 f.). Hält man sich den Zusammenhang der Aussage, nie (bzw. nur einmal) die Wahrheit gesagt zu haben, vor Augen, so ist offensichtlich, dass A._ erklären will, seine früheren Aussagen hätten insofern nicht der Wahrheit entsprochen, als sie den Beschwerdeführer entlastet hätten, nicht umgekehrt. Dass er sich nicht mehr daran erinnern konnte, bei welcher Gelegenheit er genau welche Aussage gemacht hat, liegt auf der Hand, und es ist keineswegs zu beanstanden, wenn das Kassationsgericht festhält, A._ hätte sich an diese Befragungen "kaum mehr erinnern" können; auch wenn er sich schliesslich noch zu erinnern vermochte, dass eine Polizistin ihn befragte, so heisst dies keineswegs, dass er sich auch erinnern konnte, was er bei welcher Befragung ausgesagt hatte. Entscheidend ist vielmehr, dass er - wie aus dem Zusammenhang ersichtlich - die für den Beschwerdeführer entlastenden Aussagen nicht mehr aufrechterhielt. Eine Verfassungsverletzung ist somit nicht zu erkennen.
3.3 Der Beschwerdeführer macht geltend (Beschwerde, S. 9-11), wenn A._ bei der Befragung vom 3. Februar 2004 erklärt habe, einmal hätten sie doch die Wahrheit gesagt, nachher seien sie ins Spital gebracht worden und X._ hätten sie ins Gefängnis mitgenommen, müsse sich dies auf die Befragung vom 1. Juli 1997 beziehen, und gerade die damaligen Aussagen seien für den Beschwerdeführer entlastend gewesen. Das Kassationsgericht verfalle in überspitzten Formalismus, wenn es in diesem Zusammenhang ihm zum Vorwurf mache, in seiner Beschwerde nicht zu erklären, wie sich seine Interpretation, A._ habe die Aussagen vom 1. Juli 1997 als wahr bezeichnet, dazu verhalte, dass er am 3. Februar 2004 gerade belastende Aussagen gemacht habe, die mit jenen vom 1. Juli 1997 in Widerspruch stünden. Er macht ferner geltend, das Kassationsgericht verweigere das rechtliche Gehör, wenn es seine Rechtsbehauptung übergehe, es sei ein Kassationsgrund gegeben, wenn ein Gericht nicht bekannt gebe, warum es eine Zeugenaussage für unrichtig oder nicht beweiskräftig erachte.
Die Rügen sind unbegründet. Es kann jedenfalls willkürfrei davon ausgegangen werden, dass mit der Erklärung B._ vom 3. Februar 2004, einmal die Wahrheit gesagt zu haben, nicht die Befragung gemeint sein konnte, bei der er das Gegenteil dessen erklärte, was er am 3. Februar 2004 ausgesagt hat. Wenn das Kassationsgericht ausführt, der Beschwerdeführer äussere sich nicht dazu, wie sich die Aussage A._ sie hätten einmal die Wahrheit gesagt, zu den belastenden Aussagen in derselben Befragung verhalte, so verweist es gerade darauf, dass die Auffassung des Beschwerdeführers nicht überzeugt, A._ müsse die Befragung vom 1. Juli 1997 gemeint haben, bei welcher die Wahrheit gesagt worden sei. Weshalb hier überspitzter Formalismus oder Gehörsverweigerung vorliegen soll, ist nicht zu erkennen.
3.4 Der Beschwerdeführer bezieht sich auf einen Bericht des Kinderspitals Luzern vom 7. Juli 1997 (act. 67 4/14), aus dem sich ergibt, dass B._ anale Penetration durch den Beschwerdeführer verneinte. In Verbindung damit, dass die Polizistin D._ welche die Kinder am 1. Juli 1997 befragte, bei einer Einvernahme durch die Bezirksanwaltschaft Bülach vom 16. Januar 2001 angab, die Kinder seien "offen" gewesen (act. 66 8 S. 2), erhebt der Beschwerdeführer den Vorwurf der Willkür sowie der Verletzung des Gehörsgebots und des Anspruchs auf ein faires Verfahren, weil die kantonalen Gerichte diesem Umstand nicht mehr Gewicht beimassen bzw. ihn als unwesentlich erachteten.
Die Rügen erweisen sich ohne weiteres als unbegründet. Es ist nicht zu beanstanden, dass das Kassationsgericht ausführt, diesen Angaben durch Drittpersonen komme nicht derselbe Stellenwert zu, wie den direkten Aussagen B._s anlässlich seiner Befragungen und den persönlichen Zugaben des Beschwerdeführers selber. Entgegen der Meinung des Beschwerdeführers liegt auch kein Verstoss gegen das Gebot der freien Beweiswürdigung vor, denn es wird dieser Aussage nicht jeder Beweiswert abgesprochen, sondern ihr lediglich im Kontext der weiteren Befragungen wenig Überzeugungskraft beigemessen (vgl. Beschluss Kassationsgericht, S. 24 E. 2.9 b). Der Beschwerdeführer macht auch zu Unrecht Gehörsverweigerung geltend, weil das Kassationsgericht nicht auf sein Argument eingegangen sei, das Obergericht hätte nicht hinnehmen dürfen, dass die Gutachterin die Berichte des Kinderspitals nicht verwendet habe (Beschwerde, S. 13, zweitunterster Absatz). Das Kassationsgericht musste auf dieses untergeordnete Argument des Beschwerdeführers nicht eingehen, zumal für ein aussageanalytisches Gutachten indirekte Aussagen wenig bedeutsam sind.
3.5 In ihren Aussagen vom 3. Februar 2004 haben die Geschädigten Kleben und Fesseln durch den Beschwerdeführer verneint. Bei früheren Aussagen B._s war demgegenüber wiederholt hiervon die Rede. Der Beschwerdeführer macht geltend, die Gutachterin (S. 48 unten und 49 oben) sowie das Obergericht (S. 71) übernähmen die Aussagen, der Täter habe geklebt. Doch sei dies aufgrund der Aussagen vom 3. Februar 2004 zumindest fraglich. Es könnte sich um eine Verwechslung handeln, und die Gutachterin sei darauf nicht eingegangen, während das Obergericht schreibe, die Gutachterin habe sich mit der Möglichkeit immer wieder auseinandergesetzt. Bezüglich des Klebens sei dies jedoch gerade nicht der Fall; wenn das Obergericht auf seine diesbezügliche Beanstandung nicht eingegangen sei, stelle dies eine Gehörsverweigerung dar. Wenn das Kassationsgericht ihm wiederum vorwerfe, nicht zu bezeichnen, an welcher Stelle die Gutacherin von einer Fesselung ausgegangen wäre, übersehe es, dass er in seiner Beschwerde an das Kassationsgericht (Akten Kassationsgercht 1 S. 33) auf Stellen hingewiesen habe, wo die Gutachterin entsprechende Aussagen berücksichtigt habe.
Die Gutachterin war sich - namentlich bezüglich der Vorfälle in Embrach - der Möglichkeit sehr wohl bewusst, dass die Kinder sexuelle Handlungen, die von anderen Personen begangen wurden, dem Beschwerdeführer zugeschrieben haben könnten. Sie hat denn auch wiederholt auf entsprechende Vermischungen in den Aussagen hingewiesen. Zutreffend führt der Beschwerdeführer aus, dass dies bezüglich des Klebens nicht der Fall ist, und dass die Gutachterin Aussageteile für die Aussageanalyse berücksichtigte, in denen B._ von Kleben sprach. Dennoch vermag seine Rüge weder den Willkürvorwurf zu begründen noch Gehörsverweigerung darzutun. Das Obergericht hat es nicht für erwiesen erachtet, dass der Beschwerdeführer die Kinder durch Fesseln oder Kleben gefügig gemacht hätte (vgl. Urteil Obergericht S. 88, S. 102), und auch das Gutachten hält solches nicht fest. Die Gutachterin hat zwar Aussagen, in denen B._ von Kleben sprach, für die Aussageanalyse berücksichtigt, da diese Aussagen nicht infolge suggestiver Fragestellung auszuscheiden waren. Das Kassationsgericht hält dazu aber willkürfrei fest, dass es sehr wohl möglich sei, dass eine Aussage unter einem bestimmten Gesichtspunkt für die Aussageanalyse als geeignet erscheine, das mit der Aussage bekundete Erlebnis aber schliesslich doch nicht als erstellt erachtet werde (Beschluss Kassationsgericht, S. 39 f.). Es mag nicht auszuschliessen sein, dass B._ bezüglich des Klebens ein Erlebnis mit Drittpersonen auf den Beschwerdeführer projiziert haben könnte. Das zieht die weiteren Aussageelemente - zumal angesichts der Tatsache, dass die Erlebnisse von zwei Personen, nämlich von ihm und seinem Bruder, geschildert wurden - nicht derart in Zweifel, dass eine willkürliche Beweiswürdigung vorläge.
3.6 Der Beschwerdeführer macht geltend (S. 16 f.), eine aussagepsychologische Analyse wäre wegen suggestiver Einflüsse, entstanden aufgrund der Information der Mutter durch die Polizei, gar nicht durchführbar gewesen. Indessen ist es keineswegs willkürlich, das diesbezügliche Suggestionspotential als geringfügig einzustufen, zumal in der Situation der Erstbekundung die Kindsmutter in Gegenwart des Beschwerdeführers eine offene Frage, was mit X._ gewesen sei, an B._ gerichtet hat (Gutachten, S. 6; Befragung der Mutter, act. 11/4).
Ebenfalls beruft sich der Beschwerdeführer (S. 18 f.) auf weitere suggestive Einflüsse im Kinderdorf ab dem 4. Juli 2007, dies rein spekulativ. Willkür lässt sich dem Obergericht jedenfalls nicht vorwerfen, zumal die Ausscheidung von suggestiv beeinflussten Aussageteilen durch das Gutachten sehr sorgfältig erfolgte.
3.7 Der Beschwerdeführer macht geltend (S. 19 f.), die Gespräche bei der Stadtpolizei Zürich vom 16. Juni 1997 hätten protokolliert werden müssen. Das Kassationsgericht verwerfe diese Rüge zu Unrecht damit, dass damals der Beschwerdeführer Dritte sexueller Handlungen mit den Knaben bezichtigt habe. Denn am 20. Juni 1997 habe die Polizei gegenüber der Mutter der Kinder Verdächtigungen auch gegenüber dem Beschwerdeführer geäussert. Spätestens dann wäre es notwendig gewesen, die Gespräche vom 16. Juni 1997 nachträglich noch festzuhalten. Weitere Gespräche mit den Knaben vom 1. Juli 1997 und vom 23. Juli 1997 hätten nicht nur indirekt, sondern in vollem und genauen Wortlaut festgehalten werden müssen.
Es entspricht einem aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör (<ref-law>) abgeleiteten allgemeinen Verfahrensgrundsatz, dass entscheidrelevante Tatsachen und Ergebnisse schriftlich festzuhalten sind. Dazu gehört die Pflicht zur Protokollführung über entscheidwesentliche Abklärungen, Zeugeneinvernahmen und Verhandlungen. Wenn mit einem Verfahrensbeteiligten ein Gespräch geführt wird, ist wenigstens der wesentliche Gehalt des Gespräches im Protokoll festzuhalten. Im übrigen hängt die Protokollierungspflicht von den konkreten Umständen des Einzelfalls ab (<ref-ruling> E. 4.1 und 4.2, mit Hinweisen). Diese Protokollführungspflicht ist hier nicht verletzt. Es kann davon ausgegangen werden, dass - soweit sich die Kinder überhaupt geäussert haben - dies bei der Anzeigeerstattung durch den Beschwerdeführer vom 16. Juni 1997 selber bei der Stadtpolizei Zürich gegen Drittpersonen nur in rudimentärer Weise geschah. Die Befragung der beiden Knaben vom 1. Juli 2007 bei der Kantonspolizei Luzern erfolgte deshalb, weil der Beschwerdeführer bei seinem Hausarzt vorsprach und dieser alsdann die Kantonspolizei avisierte. Über diese Befragungen wurde eine ausführliche Aktennotiz erstellt (act. 6/3), was ausreichend erscheint. Ebenso liegt eine Aktennotiz über den Versuch vom 23. Juli 1997 vor, mit B._ über den Beschwerdeführer zu sprechen (act. 68/7 S. 16). Auch dies ist nicht zu beanstanden.
3.8 Der Beschwerdeführer bemängelt das Glaubhaftigkeitsgutachten insgesamt (Beschwerde, S. 21). Zu Unrecht und jedenfalls nicht in der Weise, dass Willkür dargetan wäre. Das Gutachten ist nicht einseitig erstellt worden, wie der Beschwerdeführer meint. Die Gutachterin hat lediglich darauf hingewiesen, dass sie indirekte Aussagen nicht in die Glaubhaftigkeitsanalyse einbeziehe, da diese hierfür nicht geeignet seien.
3.9 Zusammenfassend macht der Beschwerdeführer geltend, es gebe keinerlei Anhaltspunkte, warum die entlastenden Aussagen der beiden Knaben nicht die zutreffenden gewesen sein sollten. Das Obergericht hat indessen willkürfrei geschlossen, die Kinder hätten den Beschwerdeführer zunächst in Schutz nehmen wollen. Und es hat aufgrund einer sorgfältigen Analyse der weiteren Aussagen der Kinder sowie weiterer Beweise ebenso willkürfrei geschlossen, dass der Anklagesachverhalt sich verwirklicht hat.
4. Die Beschwerde ist demnach vollumfänglich abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Der Beschwerdeführer ersucht um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege. Da das Rechtsmittel von vornherein aussichtslos war, kann dem Gesuch nicht entsprochen werden (<ref-law>).
Bei diesem Verfahrensausgang sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>). Bei der Festsetzung der Gerichtsgebühr ist seinen finanziellen Verhältnissen Rechnung zu tragen.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen soweit darauf einzutreten ist.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 1'600.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, und dem Kassationsgericht des Kantons Zürich schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 10. Oktober 2008
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Schneider Arquint Hill