O ISO em uma câmera digital nada mais é do que a amplificação de um sinal obtido pelo sensor. O processador pega o sinal de entrada pequeno e calcula a amplificação com base em um algoritmo.
Vou tentar explicar de maneira simples, pois o assunto é bem mais complexo.
No caso de uma câmera digital temos um problema clássico, que é a conversão de um sinal analógico em um sinal digital. Quando fazemos essa conversão de analógico (Luz) para digital nós transformamos uma linha curva continua em degraus, pois a informação digital é formada por picos e vales (0 e 1 na linguagem mais comum).
O que fazemos pra melhorar essa "curva" digital é aprimorar a função que faz essa conversão, que também aumenta o processamento.
Digamos que esse sinal base convertido é o ISO 100. Para aumentarmos o ISO, ou seja, o sinal, temos que criar um circuito que gere um ganho de 2x o valor base. O problema é que o sinal base, por mais refinado que seja já apresenta lacunas de informação que quando amplificadas são tratadas por um algoritmo que gera informações "estimadas" para manter a curva. Quanto menos informação tivermos em um sensor (Luz), mais difícil fica essa estimativa, que nada mais é que nosso famoso ruído (existem diversos outros tipos de ruído, mas vamos nos ater a esse pra não complicar).
Caso alguém queira se aprofundar na teoria de verdade
http://astro.if.ufrgs.br/rad/ccd/ruido/ruido.htmO gráfico que o Lindsay postou mostra exatamente esse fator de menos luz, nós não temos menos luz por usarmos ISOs altos, nós usamos ISOs altos por termos menos luz, ou seja, menos informação que será amplificada de maneira diferente pelo processador. Parece óbvio, mas é possível entender erroneamente que por causa do ISO alto estamos registrando menos informação quando o correto é que aumentamos o ISO para amplificar uma informação bem pequena que estamos recebendo...
É por essa questão de amplificação que também temos variações nas cores em ISOs altíssimos.
Voltando ao tema ISO fake, cada sensor e processador tem uma arquitetura desenvolvida pelo seu fabricante em conjunto com um algoritmo próprio. Então por mais padronizada que a medida inicial seja a amplificação do sinal possui um erro embutido, que gera uma variação de sensor para sensor e principalmente de fabricante para fabricante.
Quanto as diferenças entre o ISO base, fica a critério do próprio projeto (que possui variação do valor teórico para o prático) e do parâmetro utilizado como ponto inicial (que pra cada algoritmo pode gerar uma conversão diferente do analógico para o digital).
É um assunto bem extenso, não a toa tem mestrado e doutorado voltado só para processamento de sinais.
Respondendo a pergunta do tópico, o ISO digital é uma espécie de fake sim
